Вклад в развитие науки и техники выдающихся ученых и инженеров эпохи Возрождения

Выдающаяся роль в становлении экспериментальной науки принадлежит прежде всего видному основоположнику современного естествознания, гениальному художнику, ученому и инженеру эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, Кроме увлечения искусством, анатомией, математикой, физикой и механикой он активно занимался исследованиями и конструированием в области техники. Труды этого гения насчитывают около 5 тыс. страниц,

В своих сочинениях Леонардо да Винчи подробно описал практически все виды зубчатых передач, передач с гибкими звеньями, кулачковых и винтовых механизмов. Он изобрел несколько типов экскаваторов, несколько гидравлических машин, в том числе тангенциальную турбину; разработал конструкции прядильного, волочильного, прокатного станов и стана для навивки канатов, а также конструкции токарно-винторезного станка и станка для насечки напильников. К числу его изобретений, намного опередивших свое время, относятся проекты: огнестрельного нарезного оружия, боевой пушечной повозки (1484), вертолета (1475), парашюта и др.

Агостино Рамелли, один из преемников Леонардо да Винчи, издал книгу «Различные искусные машины», которая неоднократно переиздавалась. В ней были описаны изобретенные им машины, зачастую весьма сложные по конструкции и насыщенные различными механизмами: мельницы, грузо- и водоподъемники, насосы. К представленным в них механизмам относятся: зубчатые и червячные передачи, кривошипно-шатунные и кулисные механизмы и др. Есть даже установка для одновременного чтения нескольких книг.

Итальянский математик Никколо Тарталья в своих сочинениях рассматривал не только вопросы математики, но и некоторые вопросы практической механики, баллистики и топографии. Так, в первом из его сочинений, «Nuova scienza» (1537), он впервые рассматривает вопрос о траектории выпущенного снаряда, причём утверждает, что траектория эта на всём её протяжении есть кривая линия, между тем как до него учили, что траектория снаряда состоит из двух прямых, соединённых кривой линией; тут же он показывает, что наибольшая дальность полёта соответствует углу в 45°; кроме того, в этой книге рассматриваются различные вопросы об измерении поверхности полей.

Вместе с вопросами артиллерии Тарталья занимался также и вопросами укрепления городов и фортификацией вообще и в сочинении «Quesiti et invenzioni diverse» (1546) он предлагает даже особую систему фронта; он трактует также о топографической съёмке с помощью буссоли и излагает историю открытия им решения кубических уравнений. Наиболее обширное сочинение автора называется «Generale trattato de numeri e misure» (1556—1560); в нём подробно рассматриваются многие вопросы арифметики, алгебры и геометрии.

Джероламо Кардано, один из основоположников кинематики механизмов и разработавший теорию и практику зубчатого зацепления, изобрел карданный механизм, получивший наибольшее распространение в автомобилях.

Кардано внёс значительный вклад в развитие алгебры: его имя носит формула Кардано для нахождения корней кубического неполного уравнения вида
x³ + ax + b = 0. Он же первым в Европе стал использовать отрицательные корни уравнений. В действительности Кардано не открывал этот алгоритм и даже не пытался приписать его себе. В своём трактате «Высокое искусство» он признаётся, что узнал формулу от Никколо Тартальи, пообещав сохранить его в тайне, однако обещание не сдержал и спустя 6 лет (1545) опубликовал упомянутый трактат. Из него учёный мир и узнал о замечательном открытии.

В историю криптографии Кардано вошёл как изобретатель несложного шифровального устройства, получившего название «решётка Кардано» (квадрат с вырезанными клетками). Опубликована также (посмертно) его «Книга об игре в кости» — исследование по математической теории азартных игр. Это один из первых серьёзных трудов по комбинаторике и теории вероятностей; в нём, однако, Кардано допустил немало ошибок. Разработал метод обучения слепых, сходный с брайлевским.

Настоящий переворот в естествознании вызвал выход в свет в 1543 г. сочинения польского астронома Николая Коперника «Об обращениях небесных сфер», в котором была обоснована гелиоцентрическая система мира.

Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях:

· орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;

· центр Земли — не центр вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;

· все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;

· расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;

· суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;

· Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;

· это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе.

Работа была запрещена католической церковью, а его продолжатель Джордано Бруно, выдвинувший концепцию о бесконечности и бесчисленности миров Вселенной, был обвинен в ереси и сожжен в Риме инквизицией.

Галиле́о Галиле́й — итальянский физик, механик, астроном, философ и математик. Галилей — основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики. Первым использовал телескоп для наблюдения небесных тел[1] и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. В 1592 году изобрел термоскоп, ставший прародителем всех термометров.

Математическое подтверждение «коперниковская астрономия» получила в трудах немецкого астронома Иоганна Кеплера, открывшего законы движения планет.

В 1596 г. вышла в свет первая книга Кеплера «Тайна мира». В ней Кеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной, для чего сопоставил орбитам пяти известных тогда планет (сферу Земли он выделял особо) различные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна он представил как круг (ещё не эллипс) на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д. Эта работа после дальнейших открытий Кеплера утратила своё первоначальное значение (хотя бы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее в наличие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до конца жизни, и в 1621 году переиздал «Тайну мира», внеся в ней многочисленные изменения и дополнения.

Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходной точностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместо многочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера включает только одну кривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планеты при удалении или приближении к Солнцу, а третий позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца.

Хотя исторически кеплеровская система мира основана на модели Коперника, фактически у них очень мало общего (только суточное вращение Земли). Исчезли круговые движения сфер, несущих на себе планеты, появилось понятие планетной орбиты. В системе Коперника Земля всё ещё занимала несколько особое положение, поскольку только у неё не было эпициклов. У Кеплера Земля — рядовая планета, движение которой подчинено общим трём законам. Все орбиты небесных тел — эллипсы (движение по гиперболической траектории открыл позднее Ньютон), общим фокусом орбит является Солнце.

Кеплер вывел также «уравнение Кеплера», используемое в астрономии для определения положения небесных тел.

Кеплер нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения, который описал в книге «Новая стереометрия винных бочек».

Именно Кеплер ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство тел сопротивляться приложенной внешней силе. Заодно он, как и Галилей, формулирует в ясном виде первый закон механики: всякое тело, на которое не действуют иные тела, находится в покое или совершает равномерное прямолинейное движение.

Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения, хотя и не пытался выразить его математически. Он писал в книге «Новая астрономия», что в природе существует «взаимное телесное стремление сходных (родственных) тел к единству или соединению». Источником этой силы, по его мнению, является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси. В другой книге Кеплер уточнил: «Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому».

В 1604 году Кеплер издал содержательный трактат по оптике «Дополнения к Вителлию», а в 1611 году — ещё одну книгу, «Диоптрика». С этих трудов начинается история оптики как науки. В этих сочинениях Кеплер подробно излагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описывает преломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общую теорию линз и их систем. Вводит термины «оптическая ось» и «мениск», впервые формулирует закон падения освещённости обратно пропорционально квадрату расстояния до источника света. Впервые описывает явление полного внутреннего отражения света при переходе в менее плотную среду.