РОЗДІЛ 2
ПЕРЕДІСТОРІЯ ПРИКЛАДНОЇ МЕХАНІКИ
В УКРАЇНІ (XVII - XVIII СТ.)
2.1. Розвиток вчення про машини у XVII - XVIII ст. Світовий контекст.
Наука про машини, яка майже до першої половини XX ст. була чи не основною гілкою прикладної механіки, вивчає будову, кінематику і динаміку машин, таким чином основним її поняттям є машина. Сутність цього поняття постійно змінювалась в залежності від місця, яке займали машини у суспільному виробництві в певний історичний період, а також в залежності від технічної модернізації самих машин.
Як засвідчує археологічна наука, перші пристосування для полегшення фізичної праці з'явилися чотири-п'ять тисячоліть тому назад. Проте, слід зазначити, що застосування найдавнішого з них - важеля - відноситься до глибокої давнини. З часом почали застосовуватися похила площина і клин, потім колесо, значно пізніше - коловорот та гвинт. Ще з античних часів вважалося, що всі машини складаються з найпростіших пристосувань, які в той період отримали назву "прості машини". Основою для такого твердження слугувало те, що мабуть чи не єдиним правилом, якого дотримувалися будівники машин, було правило важеля.
У середині I ст. н. е. у суспільному обігу з'явилась власне машина. Першими з них були водяні млини, будівельні та вантажопідйомні машини, машини для піднімання води та полива полів, військові машини. Їх призначення багато в чому співпадало з призначенням "простих машин", тому суттєву різницю між цими обома групами механічних пристроїв встановлено не було, і тому ще багато століть по тому усі механічні розрахунки проводилися за законами "простих машин".
Статику "простих машин" розробив видатний давньогрецький математик і механік Архімед (287 - 212 до н.е.). Вважається, що саме він винайшов нескінченний та кріпильний гвинти, зубчасті колеса, запропонував різні військові машини та пристосування [52]. Пізніше, ще один давньогрецький вчений Герон Александрійський (II - I ст. до н.е.) написав кілька праць, в яких розглядалися вантажопідйомні, водопідйомні, військові машини [195]. Практична механіка ранньої Римської імперії знайшла своє відображення в енциклопедичному творі Марка Вітрувія (I ст. до н.е.) "Десять книг про архітектуру", десята книга якого присвячена машинам і містить перше визначення машини: "Машина є сполучення з'єднаних разом дерев'яних частин, які володіють значними силами для пересування вантажів" [37, 190].
В I тис. н. е. суттєвого внеску в розвиток науки про машини не було, в галузі практичної механіки найважливішою подією став лише винахід механічних годинників у IX - X ст. У кінці XII ст. в Європі значне поширення отримали млини, почалося розширення енергетичної бази: джерелами енергії разом з м'язами людини і тварини стали вода та повітря. Це сприяло розширенню функцій млинів: поряд з млинами для помолу зерна з'являються млини-маслоробки, млини для розпилювання дерев; створюються технологічні машини, а оскільки ускладнюється передача рухів - застосовують нові механізми, кількість яких швидко зростає.
До межі XV - XVI ст. відноситься творчість італійського художника, вченого та інженера Леонарда да Вінчі (1452 - 1519). Він не лише зробив певний внесок у вдосконалення багатьох машин, але і склав схеми деяких нових. Вчений зробив спробу виділити із складу машин окремі механізми. Ця нова на той час і суттєва для розгляду машини ідея на жаль не була оцінена його сучасниками [9; 57; 83].
Особливо інтенсивно машинна техніка почала розвиватися з другої половини XV - XVI ст., коли ремісниче виробництво поступово перетворювалося у мануфактурне. Тому, закономірно, зросла роль і машин, особливо при підготовчих операціях, які вимагали більшої кількості людей та більшої затрати сил. Кількісний та якісний розвиток машин обумовив появу спеціальних посібників - "театрів машин", в котрих окрім технічного опису машин мали місце нотатки про застосування окремих механізмів. Так, наприкінці XV - початку XVI ст. В. Бірінгуччо (1480 - 1537) та А. Агрікола (1494 - 1555) проаналізували передачу навантаження від одного двигуна до декількох машин. Пізніше Д. Кардано (1501 - 1576) сформулював загальні правила передачі руху в механізмах млинів та годинників. Багато кінематичних ідей містила праця А. Рамеллі (1530 - 1590) "Різні та штучні машини" [275].
В XVII - на початку XVIII ст. значний розвиток отримали "технологічні млини", особливо у Нідерландах. Результатом цього стала поява в ряді країн спеціальних досліджень, присвячених виключно "технологічним млинам". Зокрема, в Амстердамі було опубліковано в 1690 р. "Книгу про млини" П. Лімперка, у 1734 р. - "Велику всезагальну книгу про млини" Я. Ван-дер-Зіла. У 1727 р. в Саксонії почало публікуватися багатотомне енциклопедичне видання "Театр машин" Я. Лейпольда (1674 - 1727), в якому автор вперше зробив спробу не тільки описати машини, а й знайти принципи їх побудови. За його визначенням, "... машина або знаряддя є штучна споруда, за допомогою якої можна отримати корисний рух і переміщувати предмети, зберігаючи час і силу, чого не можна було б зробити інакше. Машини бувають прості й складні. До простих машин відносяться так звані п'ять пристосувань, а саме: важіль, поліспаст або блок, коловорот з колесом та приводом, клин, гвинт. Складні машини - ті, котрі складаються із двох або більшого числа однорідних або різних простих машин; сюди слід віднести усі види млинів, фонтани та інше." [267].
Середина XVIII ст. збігається з першим десятиріччям промислового перевороту, коли в надрах мануфактури народжувалося машинно-капіталістичне виробництво. До другої третини XVIII ст. машини в різних галузях виробництва, а також у будівництві та в гірничій промисловості вживалися головним чином на трудомістких та важких роботах і в значно меншій мірі при виконанні технологічних операцій. Машини того часу характеризувалися відносною простотою конструкції та кінематичної схеми, малими швидкостями рухомих органів та невеликими динамічними навантаженнями. Теорії машин до XVII