Известен трактат "Книга о механике", принадлежавший знаменитым астрономам и математикам Багдадской школы – трем братьям Бану Муса (IX-Х века). Среди механических устройств, описанных в их книге, имеются сведения о приспособлении для поддержания постоянного уровня воды в сосуде. Трактат братьев Бану Муса породил целый ряд комментариев и трактатов.
Механическим устройствам для поднятия воды посвящен трактат Абу-ль-Изза Исмаила аль-Джазари (XII–XIII века) "Книга о познании инженерной механики". Такого же рода устройства рассматриваются в трактате Мухаммеда Ибн Али аль-Хурасани "О водяных колесах". Многочисленные описания всевозможных механических устройств, применявшихся в разных странах ислама, содержатся в трактатах аль-Кинди Якута и Ибн Халдуна.
Важным районом научно-технического развития была Южная Испания, составлявшая Кордовский эмират Арабского халифата, а с 1-й четверти Х века сделавшаяся особым Кордовским халифатом. В результате взаимодействия культур многонационального местного населения в IX–XV веках там шел быстрый подъем общей культуры. В высших школах Кордовы, Барселоны, Гранады, Саламанки, Севильи, Толедо и других городов, помимо мусульманских официальных богословско-схоластических премудростей, преподавались философия, математика, астрономия, медицина и другие науки.
В библиотеке кордовского халифа Хакама II (2-я половина Х века) имелось до 400 тысяч рукописей. Здесь же были открыты и общеобразовательные школы. В научных центрах халифата велась большая работа по переводу античных рукописей с греческого на арабский и с арабского на латинский язык. В Кордовский халифат приезжали ученые не только со всех концов мусульманского мира (в том числе из Средней Азии, Ирака и т. д.), но и из христианских стран Европы. Так, изобретатель часов Герберт учился в школах Барселоны и Кордовы и великолепно знал арабский язык.
Ветряные мельницы впервые появились в Афганистане в IX веке: лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в движение верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства, необходимость в которых диктовалась тем, что крылья мельницы были связаны с жерновом напрямую, и скорость его вращения сильно зависела от силы ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колеса приводились в движение господствующим северным ветром и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре мука горит и выходит черной, порой даже жернов раскаляется и разваливается на куски.
В странах Арабского халифата большое распространение получило ткацкое искусство. В Египте производились льняные и шерстяные ткани, и это мастерство перешло затем в Персию. Хлопок совершил обратное движение; его начали ткать в Индии, откуда он перешел в страны Средней Азии и Египет. В Х веке хлопчатобумажные ткани из Кабула вывозили в Китай и в Персию. Центром шелкопрядения была Византия, шерстяные ковры ткали в Армении, Персии и Бухаре, причем армянские ковры считались лучшими.
Такое массовое производство тканей для рынка явилось результатом совершенствования техники прядения и ткачества. Преобразование поступательного движения во вращательное с помощью педального механизма, первоначально освоенное в гончарном производстве, вошло в конструкцию прядильного механизма, а это улучшило качество пряжи и ускорило производство.
Была усовершенствована конструкция ткацкого стана, который в античные времена (легко предположить, что незадолго до изобретения этого ткацкого механизма) представлял собой примитивную деревянную раму с простейшими механическими приспособлениями. Теперь станок с подвижными шнурами для поднятия и опускания нитей после каждого пролета челнока был освоен ткачами Средней Азии и Ближнего Востока.
Крупнейшим ученым был руководитель Константинопольского университета (с 863 года) Лев, получивший прозвище Математика. Он изобрел систему световой сигнализации, с помощью которой сообщалось во дворец о событиях, происходивших в государстве. Также с именем Льва связано изобретение "рычащих львов" и "поющих птиц", приводимых в движение струей воды. Огромное значение имело применение Львом букв как арифметических символов: так он, по существу, подошел к основам алгебры. Лев составил медицинскую энциклопедию, включавшую выписки из старых книг.
К сожалению, нашествия внешних врагов нанесли византийской культуре огромный урон. В 1204 году крестоносцы взяли Константинополь и варварски разграбили его. Хотя через 60 лет Михаилу Палеологу удалось восстановить Византийскую империю, но ее экономика была подорвана, ремесло стало отставать от западноевропейского, а византийское купечество должно было уступить позиции купцам Венеции и Генуи. Вот почему византийские научно-технические достижения предшествовавшего периода приходится в значительной степени отнести к открытиям, по большей части безрезультатно исчезнувшим либо приписанным другим.
Начало прогресса в Европе
В Средние века, кроме силы животных и воды, начали осваивать, "механизировать" еще и силу ветра, что позволяло людям не ограничивать свою техническую смекалку лишь теми местами, где можно использовать водный поток. Казалось бы, вовлечение в технический прогресс все больших территорий и количества людей должны были инициировать подъем изобретательства.
Но нет: историки науки уверяют, что средневековые механики ничего не изобретали, а придуманные в античности машины почти не изменились. Даже когда появлялись новые машины, они по принципу действия не отличались от старых. Что интересно, как в годы Витрувия, так и тысячу лет после него машины делаются в основном из дерева, металлические детали крайне редки. Число механизмов, используемых при их построении, остается одним и тем же.
Западная Европа черпала свои технические знания из трех источников. Первым было развитие собственной техники. Второй источник – исламские сочинения XI–XIII веков. Третий – труды византийцев, которые попали в Западную Европу несколькими путями: в XIII веке в результате грабежа крестоносцами византийских ценностей, в том числе и культурных, или в XV веке после захвата Константинополя турками, когда многие ученые бежали на Запад, прихватив с собой свое наиболее ценное достояние – рукописи на греческом языке. Причем историки прямо сообщают, что эти византийские иммигранты привезли с собой в Европу целые библиотеки античных трудов.
Применение техники в Европе началось с использования водяного колеса. Оно упоминается почти во всех письменных свидетельствах VI и VII веков; видимо, новинка потрясла воображение летописателей. Затем шло постоянное внедрение колеса в практику. Например, на юге Трента и Северна (Англия) в 1086 году работали 5624 водяные мельницы, по одной приблизительно на каждые пятьдесят хозяйств. Этого, несомненно, было достаточно, чтобы коренным образом изменить условия жизни людей. Новая разновидность мельницы, приводимая в движение силой прилива, появилась на побережье Адриатического моря в 1044 году, а в Довере между 1066 и 1086 годом.
На первых порах водяное колесо, как и якобы в Древнем Риме, только мололо зерно. Но уже в XI веке кому-то пришла в голову мысль заменить рабочие органы мельницы – жернова – другими органами, предназначенными для выполнения иной работы. В простейшем случае на главном валу мельницы вместо цевочного колеса был жестко закреплен кулак, он "управлял" рабочим органом. Его стали применять для самых разнообразных нужд, например на сукноваляльном производстве для отбивания сукна в воде, чтобы становилось плотнее и прочнее. Прежде валяли руками, ногами и даже палками, но теперь это стали делать силой воды, которая поднимала падающие молоты посредством кулачков, установленных на валу колеса. В XIII веке подобные мастерские уже перестали быть редкостью. По такому же принципу в XI и XII веках стали строить кузнечные молоты и кузнечные мехи, в XIII веке появились бумажные фабрики, а в XIV – рудодробилки.
Силу воды применяли для толчения вайды (растения, дающего синюю краску) и дубовой коры. К концу XI века водяное колесо пришло в мелиорацию, в XIII – на лесопилки. Тогда же его стали использовать для затачивания ножей, а в XIV веке – для волочения проволоки, растирания красок и привода токарных станков. Зодчий Виллар де Оннекур из Пикардии, о котором известно, что он занимался строительством соборов, оставил эскиз с изображением мельницы, которая вместо жерновов имела пилу, приводимую в движение с помощью шарнирного четырехзвенника.
Итак, за триста-четыреста лет реального использования, а не в фантазиях историков, водяное колесо претерпело эволюцию от устройства, пригодного исключительно для размола зерна, до универсального двигателя, повсеместно используемого в различных отраслях промышленности.
Вслед за тем и ветряные мельницы, появившиеся в Европе к концу XII века, совершили быстрый количественный и качественный прогресс. Мы писали уже, что в странах ислама ветряные мельницы встречаются уже с VII века. Но устроены они были совсем иначе, нежели европейские: к ободу горизонтального колеса с жерновом, вращавшегося на вертикальном валу, крепили лопасти. Европейская же конструкция походила на современную ветряную мельницу, ее крылья отходили от горизонтального вала, вращение которого передавалось жернову парой зубчатых колес. По сути дела, это была водяная мельница Витрувия, в которой двигатель подняли наверх, и с лопастями для улавливания ветра вместо водяного колеса. Вряд ли она была простой копией восточной мельницы. Возможно, это был отклик людей, уже знакомых с водяными колесами, на рассказы, скажем, крестоносцев о том, что сарацины "запрягли ветер".
О ветряной мельнице в Европе впервые упоминается приблизительно в 1180 году в одном документе из Нормандии. До конца столетия она уже применяется от Йоркшира до Леванта. Конечно, приспособить ветряной двигатель для обслуживания каких-либо процессов, кроме мукомольного, было не так легко, но приблизительно с 1400 года она становится основой водоподъемных работ при осушении земель в Нидерландах. Иногда ее использовали как привод различных механизмов, например для рудничного подъемника в Чехии в XV веке.
Самые первые ветряные мельницы в Европе были козловыми, то есть весь корпус поворачивался на козлах для наведения колеса с лопастями на ветер. Это очень жестко ограничивало размеры мельниц. Затем появились шатровые мельницы, в которых ходовая часть помещена в неподвижный корпус, а поворотный шатер несет лопасти и шестерни. Ее мощность была уже в два-три раза больше, чем у козловых. По-видимому, такая мельница появилась к концу XIV века, но широкого распространения не получала вплоть до XVI века, пока голландские инженеры не усовершенствовали ее, использовав все потенциальные возможности механизмов. После этого стало возможным ее применение для многих производственных нужд.
Упряжь для скота
На протяжении многих столетий, вплоть до появления парового двигателя, только животные обеспечивали человеку скорость передвижения и перевозку грузов. Ясно, что разработка приспособлений для использования скота была очень актуальной.
Древняя упряжь была придумана для запряжки быков. Ее главным элементом было ярмо, покоящееся на холке быков, – к счастью, форма бычьей шеи позволяла сделать эту упряжь весьма рациональной. Однако она не годилась для онагра (это дикий осел), и в особенности для лошади. Шея у них неподходящая. Поэтому ярмо, когда оно лежало на холке лошади, прихватывали ремнем или хомутом вокруг шеи. По сравнению с современной упряжью, в которой хомут покоится на лопатках, эта упряжь была очень неудобной. Когда лошадь тянула повозку или плуг, ремень давил ей шею и душил, вынуждая становиться на дыбы или закидывать назад голову.
Кроме того, лошадей не умели ковать, а кожаные накопытники надевали только на сбитые ноги. В результате по меньшей мере две трети энергии лошадей тратилось впустую. Лошадиной тягой люди пользовались только для перевозки легких грузов, а тяжелые грузы продолжали перетаскивать вручную ценой неимоверных страданий.
Крестьянин за работой (рисунок XIX века)
А историки говорят, что коня широко применяли еще во времена Древней Греции и Рима! Но ведь в те времена не было упряжи. Очень долго не было ее ни для езды верхом, ни для одноконной, ни для многоконной езды; лишь в Средние века вошла в употребление рациональная и удобная упряжь.
Профессор Ярослав Кеслер высказывает вот какое мнение:
"…Посмотрим XI век. И что мы видим в источниках? Первый пример: на территории Италии в XI веке, в пересчете на сегодняшний курс, одна лошадь стоила 30 тысяч долларов. В настоящее время в Европе много народа может позволить купить себе лошадь за 30 тысяч долларов? Нет. В бартерном эквиваленте, в товарном, одна лошадь была эквивалентна 45 коровам, то есть лошади были исключительно дороги в XI веке и так же редки, как слоны сейчас. Второй пример, в том же XI веке. Вильгельм Завоеватель со своим полутысячным отрядом всадников, собранных со всей Европы с помощью папы Григория VII, высадившись на Британские острова, наголову разбивает на порядок превосходящую по численности армию Гарольда, пешую. Почему? А не было лошадей в Англии. Дело в том, что англосаксы пахали на быках, о лошадях и не слышали. Так что традиционная теперь английская любовь к лошадям возникла после Вильгельма Завоевателя. Это он их научил ценить лошадей.
А что же у нас на Руси, Русская Правда Ярослава Мудрого? Да там высшая мера устанавливается не за убийство свободного человека, не за измену, а за конокрадство. И в наших былинах мы читаем: "В одну сторону пойдешь – себя потеряешь, в другую сторону – коня потеряешь". Ни один наш былинный богатырь не шел туда, где "коня потерять". Летопись снабжена прекрасными иллюстрациями. Вот на этих иллюстрациях вы увидите, что на борзых конях сидят всадники, натягивают луки, поднимают сабли, только одна деталь – стремян нет у этих лошадей. А теперь те, кто занимался когда-нибудь верховой ездой, скажите, что произойдет, если у вас стремена отсутствуют, что произойдет, если вы будете пытаться натянуть лук или замахнуться саблей? Воевать так можно?…"
История развития современной упряжи весьма запутана. Считается, что в Китае сумели ее значительно усовершенствовать самое позднее ко II веку до н. э., введя мягкий хомут (форейтор). Он охватывал грудь лошади ниже, чем бычий, а приблизительно посередине его крепился горизонтально ременный тяж, что освобождало шею животного от давления. Но к китайским сообщениям надо вообще подходить очень осторожно, не слишком-то им доверяя.
Большего доверия заслуживают сообщения, что к VII–VIII векам у народов Передней и Центральной Азии, а также Сибири вместо дышловых повозок, в которые лошадей запрягали с помощью ярма либо нагрудных и нашейных ремней, появились повозки с оглоблями и постромками. Были наконец изобретены и такие важные части упряжи, как хомут, состоящий из деревянного остова – клешни с подшитой под него прочной (вначале обычно войлочной) подушкой-валиком. Хомут надевался на шею лошади и крепился таким образом, чтобы не стягивать животным дыхательного горла.
Вслед за Византией и в Европе в какой-то момент вместо ярма и дышла лошадей стали запрягать в оглобли. Упряжь подобного рода появилась здесь к IX веку и скоро прочно вошла в обиход. Современная упряжь с мягким хомутом, постромками и оглоблями распространяется повсюду в этом своем окончательном виде к XII веку.
Тогда же вошли в обиход подковы (X век), прибиваемые к копытам лошадей гвоздями, ведь в античную эпоху (то есть в предшествующий период) были известны лишь защитные сандалии с металлической подошвой, надеваемые на копыта животных. Правильно подковать лошадь – непростое дело!.. В XI веке появились стремена. В XII веке подковами и стременами стали пользоваться повсеместно. Запрягание лошадей цугом тоже распространилось лишь в Средние века.
Таким образом, люди научились наконец полностью использовать тягловую силу животных. В итоге снизились расходы на сухопутные перевозки. Теперь на сельскохозяйственных работах малоэффективных волов можно было заменить лошадьми и ослами. Лошадь в усовершенствованной упряжи заменяла 10 человек, а хорошее водяное колесо или хорошая ветряная мельница – работу 100 человек.
Военная техника
Каждое племя спешит со своим оружием в битву,
Римлянин – каждому цель: там стрелы летят отовсюду,
Факелы, камни летят и от воздуха жаркие ядра,
Что расплавляются в нем, разогретые грузным полетом.
Тьмы итурейцев, мидян и вольные шайки арабов,
Грозные луки у всех и стрелы пускают не целясь;
Мечут их в небо они, что над полем раскинулось битвы.
Сыплются смерти с небес; обагрен, не творя преступленья,
Тот чужеземный булат; беззаконие все собралося
К дротикам римским теперь: весь воздух заткан железом,
Мрак над полями навис от стрел, несущихся тучей.Марк Анней Лукан (39–65)
Теперь перейдем к описанию военной техники. Отвлечемся от хронологии, посмотрим, что о ней вообще сообщалось.
Итак, совершенствование лука и пращи привело к изобретению военных машин. Среди них называют катапульты, которые метали стрелы, и баллисты, метавшие камни. Движителем этих машин была упругая сила канатов, свитых из воловьих жил или из волос. Считается, что военные машины – первые приспособления, размеры которых рассчитывались, причем расчетным модулем служила величина отверстия, через которое пропускался канат. Были малые машины, метавшие камни по 0,8 кг весом, но строились и машины внушительных размеров, которые метали камни по 80-120 кг.
Китайский древнейший камнемет представлял собой упругий шест, вкопанный в землю, к которому крепилась праща, несущая "снаряд" – камень. В Европе некое подобие такого камнемета называлось фрондиболой.
