Леонардо да Винчи опередил исследователей силы трения на 200 лет

Леонардо да Винчи опередил исследователей силы трения на 200 лет

Закон трения открыл Леонардо да Винчи?

Профессор технологии машиностроения Йен Хатчингс обнаружил блокнот с малоизвестными записями, сделанными рукой великого художника и ученого эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Они представляют собой наброски, описывающие один из основных законов физики — закон трения. Об этом сообщалось в пресс-релизе Кембриджского университета.

От пистолета до робота

Известно, что да Винчи во многом опережал свое время — делал открытия в области анатомии, проектировал сложные технические устройства, о которых люди в ту эпоху еще и не помышляли…

Единственное изобретение, получившее признание еще при его жизни, — это колесцовый замок для пистолета, заводившийся с помощью ключа. Уже к середине XVI столетия колесцовые пистолеты обрели популярность, особенно у кавалеристов. Из-за них военные доспехи даже стали делать с перчатками вместо рукавиц…

Но куда больше оружия да Винчи увлекался разработкой проектов летательных аппаратов. С этой целью он изучал строение птиц и летучих мышей, то есть существ, которые от природы наделены даром подниматься в небо…

Первым подобным проектом Леонардо были крылья, которые приводились в движение мышечной силой человека. Но опыты в этой области оказались неудачными. Тогда изобретателю пришло в голову построить такой аппарат, которым человек мог бы управлять, не будучи к нему прикрепленным и сохраняя полную свободу движений. Это, в сущности, был прообраз аэроплана.

Еще одним его изобретением стал телескоп с двумя линзами, который ныне известен как зрительная труба системы Кеплера. «Сделай очковые стекла для глаз, чтобы видеть Луну большой», — писал ученый в своем «Атлантическом кодексе».

Также есть гипотеза о том, что именно да Винчи впервые сформулировал закон сохранения массы для движения жидкостей, описав в своем трактате течение реки.

Среди других «ноу-хау», как реальных, так и приписываемых Леонардо, числятся парашют, велосипед, танк, прожектор, катапульта, робот и, наконец, армейские переносные мосты…

Увы, дневники, в которых да Винчи описывал свои разработки, ученые смогли прочесть лишь через пять столетий после его смерти. Объяснялось все просто: записи были зашифрованы, и чтобы прочитать их, нужно было… приставить дневник к зеркалу!

Елена Троянская и физические заметки

Блокнот со страницами размером 92 на 63 миллиметра хранится в лондонском Музее Виктории и Альберта. Упомянутые заметки были сделаны да Винчи в 1493 году.

Еще в 20-е годы прошлого столетия внимание исследователей привлек набросок с изображением старухи, сопровождавшийся подписью «Cosa bella mortal passa e non dura» («Красота смертных быстро проходит»). Но тогда всех больше волновало, кого именно изобразил живописец (предполагали, что престарелую Елену Троянскую), а в сами записи, сделанные трудноразбираемыми каракулями, подробно вникать никто не стал.

Йен Хатчингс внимательно изучил схемы и диаграммы, выделенные в тексте красным цветом, и пришел к выводу, что они описывают основы трибологии (науки, повествующей о таких физических явлениях, как трение, износ и смазка). В свою очередь, нарисованные рядом геометрические фигуры наглядно демонстрируют, как можно протянуть различные грузы с помощью блока.

Загадки трения

Трением в физике называется процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Еще одно название — фрикционное взаимодействие (от английского friction). Трение возникает вследствие шероховатости взаимодействующих друг с другом поверхностей и взаимодействия входящих в их состав молекул.

Считается, что в трении участвуют в основном электроны. Силой трения называют силу, возникающую при соприкосновении двух тел и препятствующую их относительному движению. Ее величина зависит от материала, из которого изготовлены трущиеся поверхности, а также от того, насколько сильно они прижимаются друг к другу. Согласно известному закону Кулона, сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции между трущимися поверхностями. Впрочем особенности трения довольно сложно описать с помощью простых моделей из области классической механики, так как связанные с этим физико-химические процессы пока мало изучены.

«Заметки Леонардо показывают, что еще в 1493 году он знал, что сила трения, действующая между двумя скользящими телами, соразмерна с нагрузкой, сдавливающей эти тела, и не зависит от площади поверхности контакта между их поверхностями, — прокомментировал Йен Хатчингс. — Леонардо да Винчи сформулировал закон трения, открытие которого сейчас приписывают французскому физику XVII века Гийому Амонтону».

Ученый считает, что да Винчи необходимо было понять законы трибологии, чтобы лучше осознать, как взаимодействуют различные части механизмов между собой. Это помогало ему проектировать свои многочисленные изобретения.

Встройте «Правду.Ру» в свой информационный поток, если хотите получать оперативные комментарии и новости:

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или в Яндекс.Чат

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google

Также будем рады вам в наших сообществах во ВКонтакте, Фейсбуке, Твиттере, Одноклассниках.

Законы трения: Леонардо да Винчи был на 200 лет вперед! — Наука — 2020

Inner Worlds, Outer Worlds — Part 2 — The Spiral (Ноябрь 2020).

Многие машины, покрывающие, в виде рисунков, записные книжки Леонардо да Винчи хорошо известны. Несомненно, менее известно, что человек обнаружил законы трения, которые применяются к нему за два столетия вперед. Это подтверждается и разъясняется британским исследователем.

За свою жизнь Леонардо да Винчи оставил около 13 000 страниц в блокнотах, где он отметил свои размышления и рисовал эскизы, затрагивающие все человеческие знания. Это могут быть геология, оптика, анатомия, дебаты, математика, механика, а также физика и астрономия. В истории хранилось всего около 7000 этих страниц, собранных в книгах, которые уже давно являются частью частных коллекций (сегодня это так и есть для некоторых из них), и это называется Кодекс. Самыми известными являются, скорее всего, Кодекс Арундел, Атлантик и, наконец, Лестер, последний принадлежит Бал Гейтсу.

Читать еще:  Matt Hughes. Художник-сюрреалист

$config[ads_text] not found

Существует также Codex Forster, хранящийся в музее Виктории и Альберта в Лондоне, который фактически состоит из трех ноутбуков. Это только что позволило профессору из Кембриджского университета (Соединенное Королевство), специализирующемуся на проблемах разложения в промышленном производстве, уточнить, когда были сделаны великие открытия Леонардо да Винчи. Как и в научно-технической области, человек был на несколько веков впереди своих современников.

Помните, что трибология — это наука, которая изучает явления, которые могут возникать между двумя материальными системами в контактных, неподвижных или анимированных относительных событиях. Этот термин охватывает все области, где происходят трение, износ и смазка. Таким образом, трибология находится на стыке машиностроения и материаловедения. Он мог интересовать только Леонардо, поэтому он подготовил исследования и рисунки, изобретал и изучал машины с шестернями, шкивами или шарикоподшипниками, пытаясь сделать эти машины действительно функциональными и эффективными.

Известные мелодии, с которыми Леонардо да Винчи рисовали свои машины, а также его исследования по анатомии человека, тем более удивительны, что и эти произведения искусства находятся в маленьких ноутбуках. На этом рисунке три ноутбука, составляющие Кодекс Форстера, собрались вместе. Они около 9 см на 6 см. © Victoria and Albert Museum

Два основных закона трения и Леонардо да Винчи

Среди первых мыслителей, которые основывали свои размышления на экспериментах и ​​комбинированном использовании математики, оказалось, что Леонард фактически открыл первые два закона трения почти за два столетия до работы француза Гийома Амонтона (1663-1705) в 1699. Он известен с 1797 года благодаря итальянскому физику Джованни Баттисту Вентури, который имел доступ к некоторым листочкам Леонардо. Однако мы не знали, какой период его жизни Леонардо да Винчи сделал это открытие, конечно, из экспериментов.

Эти два закона в любом случае очень просты:

  • первое указывает, что сила трения прямо пропорциональна наложенной нагрузке; заряд здесь означает силу, которая сжимает обе поверхности друг против друга.
  • Во втором говорится, что сила трения не зависит от области контакта.

Великий поклонник Архимеда и греческой механики, Леонардо да Винчи пытался, как и некоторые из его современников, менее известных, чем он, создавать гениальные машины, увеличивая возможности человека для действий. Он также был предвестником экспериментальной физики Галилеи. © Everett Исторический, Shutterstock

Согласно статье, опубликованной профессором Яном Хатчингсом в газете Wear, Леонард знал бы об этих законах, по крайней мере, с 1493. Фактически, помимо рисунка пожилой женщины, сопровождаемой мыслью Леонардо о хрупкости красоты, связанной со временем, представлял собой текст, забытый предыдущими комментаторами, и образец опыта, который студенты сегодня воспроизводят, чтобы заново открыть законы трения. Оказалось, согласно Хатчинсу, этот текст и диаграмма, датированные, действительно указывают, что Леонард знал эти законы в то время.

Фактически, исследование Кодекса Леонардо теперь ясно показывает, что он изучал этот предмет в течение 20 лет, включив эти законы и оценив их эффекты в машинах, которые он задумал. Он понимал, что, хотя трение иногда имеет важное значение для работы некоторых из его машин, оно также может ограничить его эффективность.

Это вас тоже заинтересовало

Abracadascience: он прыгает с резаным эластиком и выживает. Уэйн Хоусин попробует поразительный опыт. Вставив две большие книги вместе, чтобы восстановить его эластичность, он надеется прыгнуть и выжить … Сила трения имеет много силы, как вы увидите в этом видео Discovery Science.

Вам понравилась эта статья? Не стесняйтесь делиться ими со своими друзьями и помогать нам распространять Futura :)! Редактор благодарит вас.

Да Винчи знал о законах трения на 200 лет раньше физиков

Небольшая записная книжка принадлежащая гению Леонардо да Винчи вызвала ни один спор и даже дала почву для создания ряда бестселлеров. Теперь же эта книжечка произвела фурор в научной сфере, ибо ученые нашли в ней формулы трения и схемы сложных конструкций машин, в которых эта тонкость учитывается.

Книжечка описанная выше имеет совсем крошечные размеры 9 на 3 сантиметра, но сейчас она имеет огромное значение для историков. Впервые законы трения были описаны Амонтоном Гийомом, который и создал целую отрасль физики — трибологию. Успехи выдающегося физика, конечно, никто не будет отрицать или сокращать, ведь именно он все объяснил миру, и без его работ, возможно, было бы и не понятно, что имел ввиду Да Винчи, однако, книжечка художника показывает и доказывает, что до сложных проблем механики люди могли докопаться на 200 лет раньше, чем они были разжеваны и введены в обиход физиками 17 века.

Исследование, в ходе которого в книжечке Да Винчи было обнаружено понимание законов трения, проводили ученые под руководством профессора Яна Хатчингсана из Университета Кембриджа. До этого момента записи из книжки считались лишенными практичного смысла и интерес ученых привлекали не столько странные схемы механизмов, которыми испещрена книжечка, а например, фотопортрет женщины с подписью «mortal beauty passes and does not last», с которым связано много очень странных теорий.

В рамках детального хронологического исследования установлено, что и портрет тоже имеет отношение к науке о трении, и часть книжки — это детальное описание трибологии. Например, в книжке есть эскизы показывающие висящий над шкифом груз, который тащит за собой ряд блоков — это пример, который используют даже в современном мире как на практике, так и для объяснения раздела физики о трении и приложении силы.

Читать еще:  La vendedora de Ciclos. Eduardo Urbano Merino

«Эскизы и текст показывают, Леонардо понимал основы трения в 1493 году», — говорит Хатчинс: «Он знал, что сила трения, действующая между двумя скользящими поверхностями пропорциональна нагрузке прижимания поверхности друг к другу и трение не зависит от видимой площади контакта между двумя поверхностями. Эти законы трения, что мы сегодня знаем, описал французский ученый Амонтон Гийом, но на 200 лет позже».

Сейчас ученые придерживаются мнения, что Да Винчи не просто предполагал, что как-то так может быть, а проводил реальные эксперименты и описывал практику в своей книжке.

И хотя Амонтон был первым описавшим закон и применившим его, интересно, как развернулся бы наш современный мир, если бы эти знания были бы доступны еще при Да Винчи? И быть может, они были известны уже тогда, просто их никто не описывал?

Леонардо да Винчи опередил исследователей силы трения на 200 лет

Инженерный гений великого художника и изобретателя Леонардо да Винчи не перестает удивлять ученых. Когда исследователи из Кембриджского университета в очередной раз решили изучить его записи, в одном из крошечных блокнотов, принадлежащих гению, они наткнулись на что-то совершенно невероятное.

Поначалу непринятые никем из ученого сообщества всерьез, и непонятно к чему относящиеся, эскизы, на поверку оказались рисованной демонстрацией падающих объектов, и блоков, скользящих по поверхности. Всмотревшись в них, ученые сообразили, что да Винчи пытался изучать силу трения еще в 1493 году, времени, когда о ней никто и не помышлял. Но, самое любопытное, что в последующем, оценив ее принципы действия, да Винчи понял, что для уменьшения трения к трущимся поверхностям следует применять смазочные материалы маслянистой структуры.

Главный исследователь записок да Винчи, профессор машиностроения Кембриджского университета Ян Хатчинс, сумел сделать вывод, что первым в мире человеком, который понял — на движущиеся материальные объекты на планете Земля воздействует некая препятствующая сила, был художник Леонардо да Винчи. И именно благодаря этому открытию да Винчи удалось в последующем изобрести и нарисовать множество механических устройств и машин, которые человечество смогло построить только спустя несколько веков.

Профессор Хатчинс считает, что первое определение законам трения Леонардо дал в крошечном блокноте размером 92 мм х 63 мм, где даже описал понятие ее коэффициента. Записи в этом блокноте датируются учеными 1493 годом, и в настоящее время они находятся в музее Виктории и Альберта в Лондоне. Но, главное, что это открытие теперь дает миру некоторое представление о том, как да Винчи понимал силу трения, а также степень его инженерных представлений на то время. Оказывается, он знал, что сила трения, действующая между двумя телами прямо пропорциональна силе реакции между трущимися поверхностями, при этом она напрямую зависит от того, насколько сильно две поверхности соприкасаются друг с другом. Также он понимал, что для уменьшения силы трения, к механизмам следует применять маслянистую смазку, которая уменьшает поверхность соприкосновения тел.

Между тем, стоит понимать, что впервые законы силы трения вывел французский военный инженер Шарль Огюст Кулон, описав их в 1699 году, то есть спустя два века после исследований да Винчи. А до момента начала промышленного производства настоящих смазочных материалов пройдет и того больше. Только после появления автомобилей и различной техники, а также началом эры добычи и переработки нефти, в 20-х годах 20-ого столетия человечество приступило к промышленному производству настоящих смазочных материалов.

В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное представление об окружающем. Среди всех изучаемых предметов физика является одних из тех, которые вызывают у меня большой интерес. Я хочу повышать и совершенствовать свои знания в этой трудной, но увлекательной науке. Учебно-исследовательская реферативная деятельность дает мне такую возможность.

Трение, хотя и изучается в 7 классе, остается одним из самых трудных вопросов естествознания. В работе я описываю виды трения и причины возникновения каждого из них.

В исследовании собраны данные о новых открытиях в этой области и о применении этих открытий. Особый интерес представляет раздел «Трение в живой природе». Как мудро всё устроено в нашем мире! Каждое животное использует силу трения для того, чтобы быстрее двигаться, крепче держать добычу. При этом решая важную задачу его регулирования. Ведь трение не всегда наш помощник, во многих случаях с ним приходится бороться. Много собрано интересного материала по всем разделам представленной работы.

Трение встречается буквально на каждом шагу, без него и шага не сделаешь. Держу ручку в руке — трение, стоят на столе всякие предметы, не соскальзывают — трение; гвозди держат полку с книгами, не вылезают из стены — трение. Куда не бросишь свой взгляд, кругом трение, трение, трение.

Трение поругивают, когда оно препятствует движению, похваливают, когда трение способствует движению. К трению привыкли за 400 лет (со времени его открытия), увеличивают или уменьшают его, когда это необходимо, и не удивляются самому факту существования трения везде и всюду, во всех явлениях природы.

Почему с сумками в руках по скользкой дороге идти легче? Почему звучит скрипичная струна, когда по ней ведут смычком? Ведь смычок движется, а колебания струны периодические. Почему бегуны-спринтеры бегают в шиповках, а стайеры — в мягкой обуви (а то и босиком!)? Сухое мыло не выскальзывает из сухих рук, а мокрое из мокрых частенько. Почему?

Читать еще:  Asit Kumar Patnaik. Отношения

Ответы на все эти и многие другие важные вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения.

В своей работе я попытаюсь разобраться в причинах трения и способах его изменения. Главной своей задачей ставлю раскрыть тайны знакомой нам с детства силы трения

Основная часть

История развития учения о трении

Впервые попытки осмыслить природу трения были сделаны Аристотелем). Опираясь на наблюдаемые факты, он отмечал, что любое, в том числе равномерное, перемещение реальных тел в горизонтальной плоскости всегда встречает внешнее сопротивление, причем это сопротивление зависит от веса тела.

Открытие Галилеем в конце XVI века закона инерции и понятия о массе тела позволило четко разграничить сопротивление движению, вызываемое инерцией и возникающее лишь при изменении скорости, от сопротивления внешней среды, которое имеется и при постоянной скорости и вызвано силами внешнего трения.

Значительный вклад в изучение причин трения внес Леонардо да Винчи. Обосновывая невозможность создания вечного двигателя, одной из причин этого он считал трение. Леонардо да Винчи впервые ввел понятие коэффициента трения, показал, что сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от качества их обработки, прямо пропорциональна нагрузке и может быть уменьшена путем установки роликов или введения смазки между поверхностями трения. Он является изобретателем роликового и шарикового подшипников.

Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллелепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII — XVIII веках

В 1699 г. француз Амонтон (рис. 1) впервые сформулировал знаменитый эмпирический закон линейной зависимости силы трения от нагрузки:

Рис. 1. Амонтон Гийом.

где µ — коэффициент трения;

N — нормальная к плоскости трения нагрузка.

Высказанная Амонтоном идея, объясняющая природу трения, как подъем одного тела по неровностям другого разделялась многими крупными ученными вплоть до конца XVIII в.

Большую роль в дальнейшем развитии представлений о трении сыграл Л. Эйлер (рис. 2), первый убедительно объяснивший (в 1750 г.) причину того факта, что сопротивление при переходе от состояния покоя к относительному движению всегда больше, чем сопротивление скольжению при тех же условиях.

Рис. 2. Леонард Эйлер.

Создателем науки о трении по праву считается великий французский ученый Шарль Кулон (рис. 3).

Рис. 3. Шарль Кулон.

В своем труде «Теория простых машин» (1781 г.) он охватил основные аспекты трения: сопротивление скольжению, сопротивление качению и сопротивление страгиванию. Кулон был первым, кто понял, что трение обусловлено множеством факторов (нагрузкой, скоростью скольжения, материалом трущихся деталей, шероховатостью их поверхностей и др.). Исследуя трение качения, Кулон впервые вывел формулу сопротивления перекатыванию:

где k- коэффициент трения качения, имеющий размерность длины;

Р- вес свободно катящегося цилиндра радиусом R.

Эта классическая формула используется и сейчас, хотя предпринимались многочисленные попытки ее опровергнуть. Несмотря на фундаментальный вклад Кулона в теорию трения, он игнорировал энергетический и тепловой аспекты этого явления, без которых механизм трения понять невозможно.

Первым ученым, доказавшим, что механическая энергия при трении не исчезает, а превращается в тепло, был англичанин Бенжамин Томпсон (Рис. 4) .

Наблюдая за сверление пушечных стволов, он пришел к выводу, что сильный нагрев заготовок есть прямой результат перехода подводимой к сверлу механической энергии в тепловую вследствие интенсивного трения инструмента о металл.

Рис. 4. Бенжамин Томпсон.

Итак, вот классические законы трения, открытые французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII — XVIII веках:

1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давления N тела на поверхность, по которой движется тело, т.е.

2. Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями;

3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей;

4. Сила трения не зависит от скорости движения тела.

Дальнейший вклад в энергетические аспекты теории трения был сделан Майером (1842 г.), Джоулем (1843 г.), Гельмгольцем (1847 г.). Тогда же ( в середине XIX в.) были высказаны и первые предположения об адгезионной природе трения (адгезия — сцепление, слипание поверхностей прижатых друг к другу тел). Исследование роли адгезионных связей в трении получило дальнейшее развитие в различных физических теориях трения в 30-40-х годах XX в. (советские ученые В.Д. Кузнецов, Б.В. Дерягин, англичанин Д.А. Томлинсон и др.). В течение многих лет выдвигались и обосновывались различные гипотезы и модели трения. Однако оказалось, что познать в известном смысле сложную и сверхсложную систему (явление) — это значит разумно упростить ее, сохраняя все необходимые и достаточные факторы.

Таким выдающимся упрощением явилась модель дискретного контактирования твердых тел при трении и гипотеза о двойственной природе фрикционного контакта твердых тел. В 50-60-х годах XX в. И.В. Крагельским, Ф. Боуденом и Д. Тейбором на основе этой модели была создана современная молекулярно-механическая теория трения. На сегодняшний день важнейшим итогом развития этой теории является четкая картина процессов трения и износа твердых тел, охватывающая физические (включая механические) и химические сопутствующие явления.

Давайте рассмотрим три вида трения: трение скольжения, трение покоя, трение качения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector