Читать интересную книгу Конструкции, или почему не ломаются вещи - Гордон Джеймс Эдвард

Технические конструкции

Много есть чудес на свете, Человек - их всех чудесней. Он зимою через море Правит путь под бурным ветром И плывет, переправляясь По ревущим вкруг волнам. Землю, древнюю богиню, Что в веках неутомима, Год за годом мучит он И с конем своим на поле Плугом борозды ведет. Муж, на выдумки богатый, Из веревок вьет он сети И, сплетя, добычу ловит: Рыб морских во влажной бездне, И зверей в лесу дремучем, Ловит он в дубравах темных...

Пер. С. Шервинского и Н. Познякова

"Антигона" (440 г. до н.э) Софокл

Бенджамен Франклин (1706-1790) имел обыкновение определять человекакак "животное, производящее орудия". В самом деле, немало животныхделают и используют примитивные орудия, а порою строят себе жилища, болеесовершенные, чем у многих нецивилизованных народов. Наверное, непростоточно указать тот момент в развитии человека, когда применяемая им техникастала заметно превосходить "технику" вымирающих ныне диких зверей. Возможно,это произошло позже, чем мы думаем, особенно если первоначально люди жилина деревьях.

Даже допустив такую возможность, следует признать, что техническое развитиепервобытного человека прошло столь же гигантский путь, как и его история.Тонкие и прекрасные изделия позднего неолита не идут в сравнение с палкамии камнями первых людей, которые были не многим лучше орудий, используемыхдругими высшими животными. Уцелевшие предметы культуры каменного века,которые мы видим в музеях, не могут не вызывать восхищения. Чтобы изготовитьпрочные конструкции, не опираясь на достоинства металлов, требовалось интуитивноечувство распределения напряжений. Таким чувством отнюдь не всегда обладаютсовременные инженеры, поскольку использование металлов, удобных своей пластичностьюи однородностью, в известной степени изгнало интуицию, а также творческоемышление из инженерного дела. Изобретение стеклопластиков и других композитныхматериалов возвращает нас порой к волокнистым неметаллическим конструкциям,подобным тем, которые создавали полинезийцы и эскимосы. В результате этогомы, с одной стороны, стали сознавать, что недостаточно хорошо представляемсебе распределение напряжений в конструкциях, а с другой стороны, прониклисьбольшим почтением к первобытной технике.

В действительности, когда цивилизация подошла к применению металлов(что случилось, возможно, между вторым и первым тысячелетиями до нашей эры),это не произвело скачкообразных изменений в большинстве применяемых конструкций:металлы использовались редко из-за высокой стоимости и трудности обработки.Использование металлов произвело революцию в изготовлении режущего инструмента,оружия и отчасти средств защиты в бою, однако большинство силовых конструкцийпродолжали делать из камня, дерева, кожи, веревок и тканей.

Применение разнородных материалов, которые нуждались в различных приемахобработки, требовало от мастеров, делавших мельницы и корабли, кареты ипарусную оснастку, великой искусности, хотя, конечно, об очень многих вещах,имевших отношение к их ремеслу, они и не подозревали, совершая ошибки,вполне естественные для людей, не имеющих представления о каких-либо расчетах.Появление пара и машинной индустрии в целом привело к упадку мастерстваи свело все многообразие материалов, характерных для "передовой" технологиитого времени, к ограниченному числу стандартных твердых веществ, таких,как сталь и бетон.

В первых двигателях давление было немногим выше давления крови в нашихсосудах. Но такие материалы, как кожа, не могут выдерживать горячий пар,поэтому нечего было и помышлять о паровом двигателе из мягких камер, мембрани гибких труб. Чтобы система воспроизводила движения, которые с легкостьюи, вероятно, с гораздо меньшими усилиями выполняют животные (сравните поршнис кузнечными мехами!), инженер был вынужден применить металлы и механическиесочленения. Здесь необходимы были колеса, пружины, соединительные стержнии скользящие в цилиндрах поршни. Хотя все эти довольно неуклюжие средствапоначалу были навязаны инженеру используемым материалом, со временем онстал смотреть на них как на единственно правильный и заслуживающий уваженияпуть. Утвердившись в своей привычке к металлическим балкам и зубчатым колесам,инженер отстранился от многого другого. Более того, такое отношение к материаламзахватило и широкую публику. Недавно во время коктейля миловидная супругаодного американского ученого сказала мне: "Вы серьезно говорите, что впорядке вещей строить самолеты из дерева? Из бревен? Я вам не верю, вынадо мной смеетесь".

В какой мере такая точка зрения объективно оправдана и в какой степениона основана на предрассудках и необоснованных пристрастиях - вот одиниз вопросов, которые мы обсудим в этой книге. Нам нужно достичь сбалансированноговзгляда на предмет. Традиционное развитие инженерных конструкций, сделанныхиз кирпича, камня, бетона, а также из стали и алюминия, было весьма успешным;и, конечно же, мы должны относиться серьезно и к самим этим конструкциям,и к тому, чему они должны научить нас в более широком плане. Однако нестоит забывать, что, например, надувные шины изменили лицо наземного транспорта,явившись, быть может, более важным изобретением, чем двигатель внутреннегосгорания. И тем не менее мы нечасто рассказываем студентам о шинах, а вобучении будущих инженеров всегда присутствует тенденция прятать подальшевсе, что имеет отношение к гибким конструкциям. Посмотрев же на все этодругими глазами, нельзя не попытаться частично переориентировать традиционнуютехнику на модели, в какой-то мере навеянные живой природой.

Как бы ни смотреть на проблему в целом, нам никуда не уйти от того факта,что каждая область техники в большей или меньшей степени связана с вопросамипрочности и жесткости, и мы должны считать каждый раз, что нам повезло,когда наши ошибки в этих вопросах стоили лишь денег и волнений, а не жизни.Специалистам-электротехникам не грех напомнить, что отказы в работе электрическихи электронных устройств очень часто бывают вызваны механическими повреждениями.

Конструкции могут рушиться и рушатся в действительности, и это поройимеет важные, а иногда и драматичные последствия. Однако не меньшее значениеимеют жесткость конструкции и перемещения ее элементов еще до разрушенияв технике. Плохо, если шатается дом, пол или стол, но никуда не годитсяоптическое устройство, скажем, микроскоп или фотокамера, если его прекрасныепо качеству, линзы неточно и нежестко фиксированы. К сожалению, дефектытакого рода встречаются сплошь и рядом.

Конструкции и эстетика

В сегодняшнем мире, нравится нам это или нет, мы привязаны к той илииной форме современной техники и обязаны стремиться к тому, чтобы эта техникаработала надежно и эффективно, а это немыслимо без грамотного расчета конструкций.Но человек жив не одной только надежностью и эффективностью, и надо взглянутьправде в глаза: слишком часто окружающие нас предметы не могут не наводитьтоску. Дело, пожалуй, не столько в том, что встречаются вещи, которые можноназвать уродливыми, сколько в преобладании серости и однообразия. Слишкомредко современные изделия веселят душу, так что при взгляде на них чувствуешьсебя лучше и счастливей.

На этом фоне даже самые скромные и простые предметы XVIII в. в большинствесвоем кажутся нам если не прекрасными, то привлекательными. И в этом отношениижизнь людей XVIII в. представляется нам счастливее современной. Ведь недаромтак ценятся сегодня старинные дома и вещи. Более творческое и уверенноев себе общество не чувствовало бы такой ностальгии по жилью и домашнейутвари своих прадедов.