Dự án của tương lai trong bản vẽ của Leonardo da Vinci

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Có những hoạt động mà bạn có thể tham gia mà không tiếc thời gian đã bỏ ra và vì lợi ích của trí óc. Ví dụ, để xem các bản vẽ và phác thảo của Leonardo da Vinci - "bản phác thảo sống" về những ý tưởng và dự án ban đầu của ông, dường như là vô số.

Trong các bức vẽ của bậc thầy, chúng ta có thể dễ dàng nhận ra những phát minh quen thuộc với chúng ta (và đối với những người thuộc thời kỳ Phục hưng - sáng tạo): từ ván trượt nước và bộ đồ của thợ lặn đến dù và tàu lượn. Nhiều ý tưởng của ông vẫn nằm trong "dự án": dưới dạng hình ảnh trên giấy về tất cả các loại cơ chế, thiết bị và tòa nhà. Những bức vẽ này là một kho lưu trữ đáng tin cậy về các ý tưởng và nghiên cứu của tác giả. Chúng cho phép bạn nhìn vào phòng thí nghiệm sáng tạo của da Vinci, làm quen với phương pháp làm việc của ông và theo dõi quá trình suy nghĩ, cách ông đặt ra và giải quyết, từng bước, các vấn đề phức tạp về kỹ thuật, xây dựng và các vấn đề khác.

Lịch sử của những khám phá và phát minh minh chứng cho thực tế là sớm hay muộn những ý tưởng hữu ích cũng được ghi nhớ và đưa vào thực tế. Một ví dụ nổi bật về cách điều này xảy ra là công trình khoa học và kỹ thuật của Leonardo da Vinci. Là một nhà nghiên cứu và nhà phát minh bẩm sinh, anh ấy làm việc chủ yếu với các ý tưởng: một số do anh ấy tự tạo ra, một số khác anh ấy vay mượn và phát triển, trong khi luôn tìm kiếm ứng dụng thực tế cho chúng.

Đầu tiên, Leonardo vẽ ra một kế hoạch giải pháp: ông phác thảo cấu trúc tương lai, phản ánh ý tưởng chung. Sau đó, ông nghiên cứu kỹ lưỡng các chi tiết, vẽ phác thảo và cung cấp cho họ những nhận xét. Và cuối cùng, tôi tập hợp tất cả các bộ phận thành một tổng thể duy nhất - một hình minh họa đầy đủ được làm sẵn. Như một trong những nhà nghiên cứu về tác phẩm của nghệ sĩ đã lưu ý, nhiều bức ký họa của ông là "những suy nghĩ dang dở về phương pháp và phương tiện." Thật vậy, nghiên cứu những bản vẽ và bản vẽ này, đôi khi phải nghĩ ra những chi tiết, những chi tiết mà da Vinci đã bỏ sót hoặc cố tình bỏ sót. Nhưng một số trong số chúng đã được xác minh và chính xác đến mức thậm chí sau 5 thế kỷ, ngôn ngữ của chúng vẫn có thể hiểu được mà không cần từ ngữ. Theo những bản vẽ được các thế hệ tương lai kế thừa bởi nhà thiết kế và nhà phát minh lỗi lạc, những người thợ thủ công hiện đại đã có thể tạo ra các mô hình hoạt động của các thiết bị khác nhau.

Đây là bản phác thảo của tháp pháo đài (Hình 1)

Bên trái của nó là sơ đồ của một trong những chi tiết quan trọng của tòa nhà - cầu thang xoắn ốc. Thiết kế của nó gợi nhớ đến chiếc vít nổi tiếng của Archimedes, chỉ còn thiếu các bước! Hãy xem kỹ bản vẽ và bạn sẽ khám phá ra thiết kế tuyệt vời của kiến trúc sư Leonardo. Cầu thang của nó là đôi: trên một phần của nó, bạn có thể leo lên tháp, và ở phần khác - đi xuống mà không va chạm hoặc thậm chí nhìn thấy nhau. Quỹ đạo của cả hai phần của cầu thang là các đường xoắn ốc không giao nhau (các đường cong không gian xoắn quanh một giá đỡ thẳng đứng - một trụ tròn ở trung tâm của kết cấu). Mỗi phần của cầu thang có lối vào và lối ra riêng, và mô hình của nó là một bề mặt xoắn ốc, được gọi là helicoid. Ở một cầu thang thực, các bậc được tạo hình nan quạt xung quanh trụ.

Cầu thang xoắn kép tô điểm cho lâu đài hoàng gia Chambord ở Pháp. Việc xây dựng nó bắt đầu vào năm 1519, ngay sau khi Leonardo qua đời. Như bạn đã biết, ông đã dành những năm cuối đời của mình ở đất nước này, tại triều đình của Francis I, người bảo trợ của ông, và là nghệ sĩ, kỹ sư và kiến trúc sư đầu tiên của hoàng gia. Người ta không biết chắc chắn liệu Leonardo có tham gia thiết kế lâu đài hoành tráng hay không. Các chuyên gia cho rằng, ngay cả khi không, những người tạo ra nó đã sử dụng ý tưởng của da Vinci từ các bức vẽ của họa sĩ. Có khả năng là sự lựa chọn của các kiến trúc sư đã bị ảnh hưởng bởi bản phác thảo của ông (Hình 1), được thực hiện vào cuối những năm 1480. Có 77 cầu thang ở Chambord, bao gồm một số cầu thang xoắn ốc, nhưng chỉ có cầu thang này trở thành điểm thu hút thực sự của nó.

Cầu thang xoắn ốc đôi khác cũng được biết đến. Cầu thang sớm nhất trong số chúng được dựng lên ở các nhà thờ lớn ở châu Âu vào thế kỷ XIV-XV, nhưng chúng kém hơn cầu thang trong lâu đài Chambord không chỉ về kích thước và lối trang trí, mà còn ở sự đơn giản và độc đáo của thiết kế - không ai có thể tách biệt hoàn toàn. các bộ phận của cầu thang xoắn kép từ nhau cho đến khi Leonardo thành công hoặc không nghĩ đến.

Năm 1527, kiến trúc sư người Ý Antonio da Sangallo the Younger cũng áp dụng ý tưởng tương tự. Theo lệnh của Giáo hoàng Clement VII, ông đã bắt đầu xây dựng một tháp nước khổng lồ - giếng Thánh Patrick (ảnh trên) - ở thành phố Orvieto trong trường hợp thành phố này bị bao vây và mất quyền tiếp cận với các nguồn nước bên ngoài. Tại đây, việc tiếp cận nước ở đáy giếng được cung cấp bởi hai lối vào đối diện, dẫn đến các cầu thang xoắn ốc tự động: một cỗ xe được hạ xuống để lấy nước, và cỗ xe kia được sử dụng để đưa nước lên. Ánh sáng của tòa nhà là tự nhiên: ánh sáng xuyên qua nhiều cửa sổ hình vòm trên các bức tường của tháp.

Leonardo da Vinci cũng có nhiều tác phẩm kiến trúc phức tạp hơn về cầu thang. Một trong số chúng giống như một mê cung ba chiều với nhiều lối vào và lối ra. Hãy xem bản phác thảo sau (hình 2)

Bạn có thể nhìn thấy cùng lúc bốn cầu thang bên ngoài không được kết nối với nhau, "xoắn" xung quanh một trụ vuông khổng lồ, trong đó, có lẽ, một loại thiết bị nâng nào đó được giấu đi. Với sự dễ dàng đáng kinh ngạc, nghệ sĩ kết hợp kiến trúc và hình học của không gian, kết hợp các đường nét và hình dạng và tạo ra những hình ảnh hoàn chỉnh và cấu trúc khép kín.

Da Vinci đã tìm thấy một công dụng thú vị khác của chuỗi xoắn kép. Ông đã sử dụng nó trong việc chế tạo một thiết bị thở dưới nước (Hình 3).

Đây là phiên bản cải tiến của ống thở được các thợ lặn cổ đại sử dụng. Thiết bị bao gồm một chiếc phao có mái vòm nổi bảo vệ, mặt nạ, ống thở và van điều khiển hoạt động của chúng, ngăn nước tràn vào. Ống được làm bằng nhiều ống sậy nối với nhau bằng các miếng chèn làm bằng vật liệu không thấm nước và bên trong có lò xo kép - một phần tử đàn hồi nhỏ gọn, một mặt ngăn vật liệu co lại và mất hình dạng, mặt khác, làm cho ống mềm dẻo.

xem thêm bài viết Ảnh của Leonardo da Vinci

Leonardo là một trong những người đầu tiên sử dụng bề mặt xoắn ốc trong thiết kế của cánh quạt - bộ phận chính mà máy bay có thể bay lên không trung theo phương thẳng đứng nếu có thể tháo cánh quạt đúng cách, đồng thời để đối phó với nó. không ổn định trong quá trình nâng. Chúng ta đang nói về một chuyển động xoắn phức tạp (quay quanh một trục cố định và chuyển động song song dọc theo nó, được thực hiện đồng thời), nhưng đã liên quan đến cơ học của chuyến bay.

Cánh quạt của Leonardo da Vinci (Hình 4) được coi là nguyên mẫu của cánh quạt chính hiện đại, và chính ông là người phát minh ra máy bay trực thăng, hay ở Nga, nó được gọi là máy bay trực thăng. Nhân tiện, từ "máy bay trực thăng" có liên quan đến từ "helicoid" và bắt nguồn từ các từ Hy Lạp ëλικου (xoắn ốc, vít) và πτεoóν (cánh). Nó chỉ xuất hiện vào những năm 1860, gần 4 thế kỷ sau khi bản vẽ này được thực hiện.

Da Vinci rất có thể đã mượn ý tưởng "bệ phóng" cho thiết kế của mình từ "bàn xoay bay" - một món đồ chơi từ thời Trung Quốc cổ đại. Đó là một cái que có vít lông chim ở cuối. Nó được quay bằng tay hoặc với sự trợ giúp của một sợi chỉ trên một thanh và thả ra. Phiên bản hiện đại là một chiếc trực thăng thô sơ "bay" (Hình 5), rất dễ dàng tự chế tạo.

Nhưng hình dạng của cánh quạt mà da Vinci có thể chọn bằng cách quan sát chuyển động quay của cánh quạt Archimedes (Hình 6).

Nói chung, kỹ sư Leonardo đã hơn một lần cố gắng điều chỉnh phát minh tài tình này của nhà khoa học Hy Lạp cổ đại sang các cơ chế khác nhau. Ví dụ, tôi đã sử dụng nó như một bộ phận của máy thủy lực. Hay như các phần tử của một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn (nó là kết cấu của hai con vít có đường kính khác nhau: cái này từng cái một, nước dâng lên và cái kia giảm xuống mức ban đầu). Nhưng sau đó Leonardo đã từ bỏ dự án không có kết quả này và đưa ra một ứng dụng thú vị và hữu ích hơn cho vít Archimedes.

Leonardo không coi thiết kế của mình như một chiếc máy bay, mà đã nghiên cứu xem nó hoạt động như thế nào. Anh ấy đang tìm kiếm bí mật của sự bay trong tự nhiên, thứ tạo ra những hình thức tối ưu thực hiện một số chức năng nhất định: anh ấy đã quan sát trong một thời gian dài "những cỗ máy sống" - những con chim lơ lửng tự do trên bầu trời, mô tả chuyển động của chúng. Trong bản phác thảo của anh ấy có một quỹ đạo của một con chim đang bay lên trên (Hình 7), đó là một đường cong xoắn ốc.

Các thiết bị được trang bị đôi cánh nhân tạo và có khả năng nâng lên không trung nhờ sức mạnh cơ bắp của con người (loài ruồi hoặc ruồi) - đây là điều Leonardo quan tâm nhất (nhân tiện, người đầu tiên cố gắng thực hiện ý tưởng này là bậc thầy khéo léo Daedalus, anh hùng của thần thoại cổ đại). Da Vinci nhiều lần quay lại giải quyết vấn đề này. Không thành công. Do đó, ông quyết định tái tạo cách bay đơn giản nhất của các loài chim - ông đã nghĩ ra một chiếc tàu lượn bay lên nhờ các luồng không khí. Trong khi điều tra vấn đề của chuyến bay, anh ấy quan tâm đến mọi thứ theo đúng nghĩa đen, ngay cả những thứ vặt vãnh như âm thanh phát ra từ cánh của một con ruồi! Và đây dường như là cả Leonardo - thiên tài vĩ đại nhất của thời Phục hưng, "người đàn ông tò mò vô độ nhất mọi thời đại", như một trong những người viết tiểu sử của ông đã nói.

Cánh quạt, được Leonardo cho là có hình xoắn ốc, được đề cập đến trong chuyên luận nổi tiếng của ông Khi bay. Theo mô tả, vít phải có viền kim loại và một tấm bạt che, và những ống dài mỏng sẽ làm khung cho tấm bạt. Và sau đó da Vinci nói thêm: "Bạn có thể làm cho mình một mô hình nhỏ bằng giấy, trục của nó, từ một tấm sắt mỏng, bị xoắn bằng lực và khi nhả ra, trục vít sẽ quay." Vậy thì hãy tự suy nghĩ đi … Đánh giá theo các chi tiết thiết kế, con vít có thể quay với sự trợ giúp của các đòn bẩy gắn vào trục. Hoặc một cơ chế lò xo có thể "khởi động" nó. Lò xo là gì? Đúng vậy, cùng một vòng xoắn, được làm bằng kim loại, có khả năng tích tụ và sinh ra năng lượng.

Bức vẽ cánh quạt là một trong những bức nổi tiếng nhất trong bộ sưu tập các tác phẩm của Leonardo dành cho vấn đề bay. Nó được nghiên cứu bởi cả nghiệp dư và chuyên gia: nhà khoa học, nhà thiết kế, kỹ sư, nhà phát minh. Không một mẫu máy bay nào do họ chế tạo có thể tự cất cánh mà không cần động cơ. Nhưng một thứ khác quan trọng hơn nhiều. Bản phác thảo của Da Vinci chứa đựng một ý tưởng vô giá, và nhiều thế kỷ sau, các nhà phát minh và nhà khoa học khác đã tạo ra một chiếc máy bay thực sự.

Nói chung, Leonardo có rất nhiều phát minh hữu ích khác nhau trên tài khoản của mình, không được thừa nhận vào thời của ông, bị lãng quên trong một thời gian dài và sau đó được phát minh mới.

Chi tiết cho những người tò mò

Đường xoắn ốc là một đường cong được mô tả bằng một điểm chuyển động với tốc độ không đổi dọc theo đường sinh của một hình trụ khi nó quay đều quanh trục của nó. Đường cong này cắt tất cả các máy phát ở các góc bằng nhau. Nếu trên một tờ giấy ta vẽ một số đoạn thẳng song song với nhau một góc so với mặt lớn hơn ở cùng một khoảng cách với nhau, rồi cuộn tờ giấy thành hình trụ, nối hai cạnh nhỏ hơn, thì trên bề mặt của nó, chúng ta sẽ thấy một đường xoắn ốc: đường bên phải, nếu khi nhìn từ bên dưới, nó xoắn ngược chiều kim đồng hồ, hoặc bên trái - nếu xoắn theo hướng ngược lại.

Khi chuyển động quay quanh một trục cố định với sự chuyển động đồng thời dọc theo nó không được thực hiện bởi một điểm mà bởi một đường, nó mô tả một bề mặt xoắn ốc trong không gian. Vì vậy, một đoạn trượt với một đầu dọc theo đường xoắn ốc và với đầu kia dọc theo trục của hình trụ, mô tả một hình xoắn ốc (từ tiếng Hy Lạp ελικος - xoắn ốc, con quay hồi chuyển).

Một đường xoắn hình trụ có thể tự di chuyển dọc theo nó. Nó xác định đường đi ngắn nhất giữa hai điểm thuộc các gốc khác nhau trên bề mặt của hình trụ. Helicoid có các đặc tính tương tự. Nó tự trượt và có diện tích tối thiểu cho một ranh giới bên ngoài nhất định. Tính đơn giản, linh hoạt, năng động, "kinh tế" - nhờ những đặc tính này, dạng vít phổ biến rộng rãi trong tự nhiên (hãy nhớ ít nhất là "chuỗi xoắn kép" của phân tử DNA và cây leo) và được sử dụng rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là trong công nghệ (từ một lò xo và một con vặn nút chai vào vít và cánh quạt của máy xay thịt).

Cánh quạt chính là cánh quạt có trục quay theo phương thẳng đứng - nguồn lực nâng của trực thăng. Với sự trợ giúp của nó, việc kiểm soát chuyến bay và hạ cánh của bộ máy được thực hiện. Ý tưởng sử dụng cánh quạt quay cho các chuyến bay bắt nguồn từ thời cổ đại và phổ biến ở châu Âu vào thời Trung cổ. Bản thân thiết kế đã có "lưỡi" và trông giống như một cánh quạt.