Тема 1.2. Техника Средневековья. Наука XVI–XVIII вв

Развитие техники земледелия. Ремесла и горное дело. В Средневековье происходит дальнейшее развитие сельского хозяйства, а из его отраслей – земледелия. В это время преобладала переложная система. Все время сокращался срок пребывания земли под паром (выпас скота, усиленная обработка).

В XI–XII вв. в Западной Европе и в Киевской Руси происходит переход к трехпольной системе землепользования (доминировала до XIX в. включительно). Одно поле – под озимые, второе – под яровые культуры, а третье – под паром. Растет количество сортов зерна: пшеница, рис, ячмень, рожь, овес. С XII в. начали применять плуги двух типов – легкий и тяжелый с колесным передком. Важным достижением техники земледелия была замена деревянных рабочих частей плуга и бороны на железные. Кроме того, в сельскохозяйственном производстве широко использовали сохи с железными сошниками, мотыги, серпы, косы, грабли, вилы, лопаты, топоры.

Возрастает роль коневодства (военная служба феодалов). В Англии распространяется овцеводство, дававшее сырье для ткачества. В имениях крупных феодалов земледелие сочеталось с промыслами, которые имели вспомогательный характер. Ремесленники ремонтировали оружие, сельскохозяйственный инвентарь, обувь, одежду. Домашний промысел почти полностью обеспечивал потребности натурального хозяйства. Купцы привозили только соль, ювелирные украшения, некоторые виды изделий из металла (мечи).

Еще в Восточных цивилизациях, Греции и Риме возникли крупные города как политические, духовные и экономические центры, где также были большие ремесленные мастерские с десятками и даже сотнями рабов. Но после падения Рима города в Европе пришли в упадок. Лишь начиная с XI в. в Западной Европе и в Киевской Руси, когда вновь ускорилось развитие производительных сил, растет население городов, возобновляется процесс отделения ремесла от земледелия. На Руси, по не полным данным летописей, в XI в. было 86 городов, а уже в XII в. – около 250. Их население составляло 10–20 тыс. чел. Собственно город находился за укрепленными стенами, вокруг которых располагались слободы ремесленников, которые назывались посадом. В Киеве посад находился на Подоле (особенности географического расположения). Одним из крупнейших европейских городов XIV в. был Лондон (40 тыс. чел.). Городское население состояло в основном из ремесленников и купцов.

Борьба с крупными феодалами и рост конкуренции со стороны беглых крестьян в городах заставляли ремесленников объединяться в цехи. Первые цехи возникли в Византии в IX в., в X в. – в Италии, на рубеже XI–XII вв. – распространились по всей Европе. Цех объединял городских ремесленников одного или нескольких близких промыслов. Всеми правами пользовались только мастера. У каждого из них были свои подмастерья и ученики. Цех охранял исключительное право своих мастеров на занятие данным видом ремесла. Цех регламентировал процесс производства, устанавливал продолжительность рабочего дня, число подмастерьев, сырья, готовых изделий цены на них. Приемы работы, выработанные за многие годы, были обязательными для всех мастеров. Такая строгая регламентация производственного процесса нужна была для того, чтобы уравнять всех мастеров.

Цехи были феодальной формой организации ремесла. В начале они оказали положительное влияние на развитие и укрепление городского ремесленного производства. Однако в дальнейшем, особенно с появлением новых рынков сбыта, цехи все больше тормозили производство. В середине ремесленной мастерской не было разделения труда. Оно появилось в процессе совершенствования технологий. Разделение труда происходило не в середине мастерской, а между отдельными мастерскими. Этот процесс приводил к росту количества цехов и профессий. Так, изготовлением изделий из металла занимались цехи оружейников (каждый – свой вид оружия). Цех по изготовлению ножей делился на мастеров по изготовлению лезвий и мастеров, которые изготовляли черенки.

Стремление увеличить объемы производства металла привело к техническим и технологическим изменениям в металлургии. Высоту горна увеличили и он превратился в домницу. Воздушные меха в действие приводились с помощью водяного колеса. Эти два технических усовершенствования изменили сам технологический процесс. Температура в верхней части домницы понизилась до 750–900°С. Вследствие этого железная руда восстанавливалась раньше, чем образовывался шлак. Железо получало большее содержание углерода, а его потери в шлаке уменьшались.

В нижней части печи, где температура под влиянием улучшенного дутья достигало 1350°С, получали жидкий чугун. Вначале его считали браком. Со временем чугун стали применять для получения литых изделий, а непригодный для литья – вместе с рудой пускали на новую переплавку. Оказалось, что переработка чугуна в мягкое железо во второй плавке требует меньше топлива и руды, а качество железа улучшается. Впоследствии сыродутный процесс начал постепенно заменяться двухступенчатым методом. Первая стадия получила название доменного процесса, а печь, где производили чугун – доменной. Вторая стадия получила название кричной переработки.

Первые доменные печи в Западной Европе появились в XIV в. Постепенно их конструкция совершенствовалась. С XVI в. их высота достигала 4,5 м, а диаметр составлял 1,8 м. В такой печи в сутки производили 1,6 т чугуна. Обычно при одной доменной печи работало несколько кричных горнов.

Кричная переработка продолжалась около 2 часов. Выход кричного железа составлял 90% веса чугуна. Переход к двухступенчатому процессу получения железа значительно увеличил объемы производства и позволил обеспечить спрос на металл, который постоянно возрастал.

Увеличение и улучшение производства металла требовало изменений и в горном деле. Из-за особенностей работы оно значительно отличалось от всех видов ремесел. Опыт горняков передавался от поколения к поколению. Это привело к появлению целых горных городов и горных районов. Такие поселения существовали в Чехии, Франции, Саксонии. Их население занималось добычей полезных ископаемых и производством оружия, орудий труда, украшений, чеканкой монет. Расширению горного дела мешала феодальная собственность на землю, поэтому города горняков добивались установления «горных законов», которые защищали их права. Правила ведения горного дела сначала передавались по традиции, но впоследствии они излагались в специальных документах, которые получили название горного права. В этих документах регламентировались отношения между городами и феодалами или королем.

Первый горный закон был принят в Чехии в 1249 г. королем Вацлавом для города Йглавы. По этому закону поиском и разработкой полезных ископаемых мог заниматься любой человек. Нашедшему залежи руды выделялось небольшое поле, где он обязан был заложить не менее 3 шахтных стволов. Глубина шахт не ограничивалось. Это способствовало совершенствованию горной техники, поскольку улучшало приемы подъема руды, водоотведения, вентиляции. Но уже в XIV в. в новых горных законах, особенно в Германии, предусматривалась определенная глубина шахт, ниже которой горняку опускаться не разрешалось.

Развитие горного дела было связано с ростом потребности в металлах. Существовали три способа разведки месторождений: 1) штольня, 2) штольня и вертикальный шахтный ствол, 3) штольня и наклонный шахтный ствол. Крепление осуществлялись с помощью системы «неполных дверей». Поднятие полезных ископаемых из шахт производилось с помощью конных воротов, колесных тележек и гидравлических колес. Проветривание шахт осуществлялось с помощью диффузоров, флюгеров и заслонок, а для принудительного – использовались металлургические мехи. Наиболее острая проблема в горном деле – это отведение воды. Оно осуществлялось с помощью поршневых насосов и ковшовых элеваторов, которые могли поднимать воду с глубин, не превышающих 190 м, а также с помощью специальной штольни, которая строилась сразу для нескольких рудоносных участков.

При добыче руды продолжали использовать огненный метод. Освещение шахт осуществлялось с помощью глиняных светильников.

Научные и технические достижения стран Ближнего и Дальнего Востока. Первый дымный или черный порох появился в Китае в начале нашей эры (по другим данным – в VIII в.). Он состоял из калиевой селитры, серы и древесного угля. В китайском трактате 1232 г. есть детальное описание изготовления и применения различных видов ракет («китайских стрел», «китайских огненных пик»).

В середине VII в. в Византии применяли «греческий огонь» – смесь серы, смолы, селитры и льняного масла. В то время ценилась только возможность получения огня, а упругость газов при горении не учитывалась. С XIV в. порох начали изготавливать и в Европе. Его состав в течение 500 лет оставался неизменным.

Еще во II в. в Китае Чай Лунь изобрел бумагу. Из Китая ее производство распространилось в Японии, Корее, Индии, Средней Азии. В Х в. бумага попала в Армению, а с XI в. – в Европу, где в XII в. полностью вытеснила пергамент, на котором до этого времени писали книги и документы.

Основным сырьем для производства бумаги в Китае были стебли бамбука или тутового дерева, а в Западной Европе и на Руси – пеньковое и льняное тряпье. Основными операциями в процесс ее производства являлись: пропаривание массы, промывка, вываривание бумажной массы и отмывание самого бумажного листа.

Начиная с XV в. производство бумаги быстро растет, поскольку распространяется книгопечатание. Впервые оно было изобретено в Китае, несколько позже – в Корее, где получило значительное развитие. Уже в IX в. в Китае стали печатать с печатных досок не только тексты, но и рисунки (гравюры). Сначала на доску наносился текст, или рисунок, а затем вырезались те места, отпечатки которых не должны были попасть на бумагу. После этого рельефное изображение доски покрывали краской, прикладывали к нему бумагу и получали оттиск – гравюру.

Китайский автор XI в. Шань Го сообщает, что кузнец Би Шин изготовлял отдельные иероглифы из глины, а затем обжигал их в печи. Этими глиняными подвижными знаками набирался печатный текст. Так появился способ изготовления печатных форм из готовых рельефных. Из Китая печать с наборных литер попала в Корею, где в XIII в. была усовершенствована: вместо глиняных литер начали использовать бронзовые. Печать с наборных литер применялась также в Японии и Средней Азии. Древнейшая книга, напечатанная таким способом, дошедшая до нашего времени, относится к XV в.

В Западной Европе книгопечатание получило распространение в XV в. В это время происходил процесс перехода от ремесла к мануфактуре и рукописный способ изготовления книг не мог удовлетворить растущих потребностей. Вначале распространение получил способ печати с досок. Так были напечатаны первые книги, игральные карты, календари. В XV в. немец Иоганн Гутенберг (1400–1468) первым в Европе перешел к печати с подвижных наборных литер. Условная дата выхода первой книги – 1440 г. Гутенберг применил металлические наборные литеры. Сначала в мягком металле делались углубления, которые впоследствии заливались свинцом. Так изготавливали необходимое количество литер, которые затем располагались в наборных кассах.

Тексты печатали на ручном станке. Это был пресс, где сочетались две горизонтальные плоскости. На одной устанавливали наборный шрифт, а другой прижимали бумагу. Станок давал около 100 отпечатков в час. К 1500 г. таким образом было напечатано 30 тыс. книг. Тираж каждой составлял примерно 300 экземпляров.

Очки появились в Европе с XIII в. Их начали изготавливать в Венеции – центре тогдашнего стекольного производства. В XIV в. производство оптического стекла распространяется в Таиланде. Изготовление и применение очков подготовили изобретение подзорной трубы, микроскопа и привели к созданию теоретических основ оптики.

Наблюдение за явлениями природного магнетизма привели к изобретению компаса. В китайской летописи III в. до н.э. есть запись об использовании компаса во время путешествий по суше. В XII в. компас появился в Европе, а в начале XIV в. был усовершенствован: к стрелке присоединили небольшой круг, который получил название «картушка». Круг поделили на 16 делений – румбов. Стрелку с картушкой расположили в круглой коробке. С XVI в. картушку начали делить на 32 румба по 11,4°. Главное применение компас получил в мореплавании. Компас, подзорная труба, а также развитие морского дела позволили на рубеже XV–XVI вв. осуществить Великие географические открытия.

До середины XV в. технические изобретения внедрялись достаточно медленно, поэтому техника в то время не нуждалась в систематическом изучении природы, она не оказала влияния на развитие естествознания. Наука превратилась в то время в дополнение теологии и схоластики. Распространение получили алхимия, астрология, магия, кабалистика чисел.

В XIII в. была издана энциклопедия Винсента де Бове, которая ознакомила европейцев с геометрией Эвклида и астрономией Птолемея. На Востоке, в отличие от Западной Европы, было сделано много естественнонаучных открытий. Особое место среди ученых того времени занимает философ-естествоиспытатель, математик, врач, поэт Ибн-Сина (Авиценна, около 980–1037 гг.). Он изучал движение тел, свойства инерции, состав минералов, причины образования гор, происхождение живых существ. Его взгляды изложены в философских трактатах и многочисленных медицинских трудах, в частности, в «Каноне врачебной науки». Написанный в 20-х гг. XI в., он 500 лет был руководством для медиков. На латинский язык его перевод был сделан в XII в. В «Каноне» Ибн-Сина выдвинул гипотезу о невидимых глазу возбудителях лихорадки (бактериях), которые передаются через воду и воздух. Все материалы он разделил на камни, металлы, серные тела (горючие) и соли. Такая классификация просуществовала до XVI в.

Фундаментальные труды по математике, астрономии, физике, ботанике, географии, общей геологии, минералогии, этнографии, истории сделал ученый энциклопедист из Хорезма аль-Бируни. Он широко применил в своих исследованиях математический анализ и использовал естественноисторический подход к явлениям природы. Эксперимент был для него основным методом исследования. Особое значение для развития минералогии имела работа Бируни «Сбор сведений о познании драгоценных минералов». Он впервые определил удельный вес многих минералов и металлов о чем написал специальную работу «Правила нахождения удельного веса минералов».

Таким образом, в период зарождения и развития феодализма основное место в производстве занимало сельское хозяйство, которое дополнялось домашними кустарными промыслами. Рост происходил достаточно медленно и основывался на использовании ручных орудий труда.

Наука в это время в Европе подменяется теологией и схоластикой. Но в странах Востока и в арабском мире наука была на подъеме и добилась заметных успехов. Значительное распространение получили такие изобретения, как порох, бумага, компас. Только с начала ХVI в. в Европе закладываются основы систематического изучения природы.

Появление и развитие мануфактур. Еще на рубеже XIV–XV вв. в Европе начинается ускоренное развитие ремесел, связанное с товарным производством. Были усовершенствованы ручные орудия труда, улучшены технологические процессы. Повышение спроса на продукцию ремесленников сопровождалось конкуренцией между ними. В таких условиях цеховые ограничения были сняты. Наиболее состоятельные мастера превращались в предпринимателей, а ученики и часть способных подмастерьев становились наемными работниками.

Создание мирового рынка, возрастание значения купечества в производственных процессах было начато Великими географическими открытиями на рубеже XV–XVI вв. Этот процесс углубился с возникновением колоний в Америке, Азии и Африке. Купцы и предприниматели сосредоточили у себя значительные финансы, необходимые для создания крупного производства. Эти процессы происходили на фоне разорения и обезземеливания крестьянства. В Англии, например, в XVI в. происходило огораживание – изгнание крестьян с земли и превращение ее в пастбища. Вcе быстрее увеличивается население городов за счет тех, кто потерял средства к существованию и готов был взяться за любую работу. Так постепенно сложились условия для развития капиталистического производства: наличие значительных финансовых ресурсов и рынка свободных рабочих рук.

Первые мануфактуры в Европе появились в Италии (XIV в.) и в Германии (XV в.). Пути их создания были таковы: а) объединение в одной мастерской ремесленников разных специальностей – гетерогенная мануфактура (каретная – объединяла каретников, шпорников, медников); б) объединение в одной мастерской ремесленников одной специальности – органическая мануфактура (производство игл).

В мануфактурах постепенно происходило совершенствование орудий труда. В Англии, например, в железообрабатывающей мануфактуре использовалось 500 молотков: каждый только для двух операций. Это приводило к значительному повышению производительности труда и было своеобразной подготовкой условий для машинного производства.

Уже в XVI–XVIII вв. суконные, полотняные, оружейные мануфактуры появляются во всех странах Европы. В них существовало разделение труда по производственным процессам и использовались машины. Так, 10 рабочих в мануфактуре производили 48 тыс. игл за день (92 операции), а один ремесленник за то же время – только 20.

Основным двигателем, применявшемся в мануфактуре, было водяное колесо. Его мощность достигала нескольких десятков киловатт, число оборотов составляло от 1 до 10 в минуту. Существовало три основных вида водяных колес: нижнебойные, среднебойные и верхнебойные. Были созданы достаточно мощные гидравлические устройства. Так, во Франции мастер Р. Салем под руководством А. де Виля создал установку из 13 колес, диаметр которых достигал 8 м. Они были установлены на р. Сене и приводили в действие 235 насосов, которые поднимали воду на высоту 163 м. Эта вода шла для фонтанов королевских парков в Версале и Мерли («чудо Мерли»).

В 1550 г. немецкий ученый Георг Агрикола (1494–1555) выпустил труд под названием «О горном деле и металлургии». Эта книга более 200 лет была основным наставлением по горному делу во многих странах Европы.

В XVII в. для горных работ начали использовать порох. Впервые его применили в 1627 г. на руднике в Банска-Штявница в Словакии. Это позволило заменить около 50 горняков. Постепенно этот метод стал основным.

В металлургии применение гидравлических колес для мехов увеличило количество воздуха, подаваемого в домну. С 1620 г. в Германии начинают использовать вместо кожаных – деревянные мехи. В 60-е гг. XVII в. в Англии появляются цилиндрические воздуходувки. Высота доменных печей составляла теперь 8,5 м, а их производительность повысилась с 10–12 т до 40 т в неделю.

В литейном производстве начинается изготовление фасонных изделий (отливок) путем замены литейных форм жидким сплавом. Потребности развития артиллерии требовали улучшения литейного производства. С XVI в. начали изготавливать колесные лафеты и использовать вместо бронзы – чугун. Распространение пороха в Европе и развитие литейного дела привели к настоящей революции в военной технике – к широкому применению огнестрельного оружия.

Сначала стволы орудий изготавливались из металлических полос, скрепленных обручами. Затем их стали делать полностью коваными из железа. Такой ствол вкладывали в деревянное бревно и закрепляли специальными крюками. Для лучшего использования пороховых газов стволы орудий делали довольно длинными. Стремление увеличить подвижность артиллерии на поле боя уже в XVI в. приводит к изобретению колесных лафетов.

Растущие масштабы применения орудий требовали организации их массового производства. Орудийные стволы стали отливать из бронзы. Развитие чугунолитейного дела и мануфактур дало возможность перейти к производству орудий из чугуна. Благодаря относительной простоте отливки чугунных стволов по сравнению с бронзовыми возросла мощность артиллерии. Ее качественный и количественный рост стимулировался быстрым строительством крепостей и развитием морского флота. Пушки были гладкоствольными.

Снарядами для первых орудий служили ядра сферической формы, изготовленные из свинца, железа и зажигательной смеси. Но уже в XV в. их начали производить из чугуна. Это привело к уменьшению калибров снарядов при сохранении веса, что позволило снизить вес ствола и всей пушки. Эти технические усовершенствования способствовали увеличению подвижности артиллерии, мощности боевых зарядов.

Необходимость увеличения площади поражения привела к изобретению специальных ядер (раздвижных книппелей) и картечи. Со второй половины XVI в. начали применяться разрывные снаряды. Пули в картечи были заменены на разрывные. В XVII в. снаряды начали подразделяться на фугасные и осколочные. Уже в конце века мортиры вели огонь на расстояние 500 м, пушки малого калибра – на 600 м, а тяжелые – на 1000 м.

Изобретательство и первые машины. Развитие естествознания. Первые мануфактуры с наемным трудом возникли в текстильной промышленности. Именно здесь был наиболее заметен технический прогресс. В полотняных мануфактурах начала использоваться самопрялка. В XVI в. к ней добавили педальный механизм для ног и тем самым освободили правую руку прядильщика, которой он до этого вращал ручку колеса. Теперь он обеими руками мог выполнять операции кручения и намотки пряжи, что значительно повышало качество ткани.

В суконных мануфактурах все операции выполнялись вручную. Производили два вида тканей: из короткой пышной шерсти и из жестких, длинных, извилистых волокон. Сначала шерсть разделяли на короткую и длинную, потом красили и лакировали. Затем ее обрабатывали кардами – досками с ровными рядами зубцов, а потом пряли на обычных ручных прялках.

Шелковые ткани изготовляли без применения операции прядения. Нужно было только соединять тонкие коконовые нити для получения тканей. Именно в шелковом производстве появились первые машины.

Важным изобретением в текстильной промышленности XVI в. был вязальный станок, сконструированный английским студентом Ли в 1589 г. Эта машина, состоявшая из сотни спиц, позволила начать изготовление чулок. Но Ли не смог наладить производство на родине через финансовые неурядицы и вынужден был переселиться на континент во Францию, где вместе с братьями в начале XVII в. построил первые чулочные мастерские. Уже после этого машинное вязание чулок распространилось и на его родине – в Англии, а также в Голландии, Австрии, Саксонии. В XVI в. в Европе начали применять индиго. В 1630 г. был изобретен способ окрашивания тканей в яркий красный цвет.

Часы и мельницы в этот период стали основой для создания машин. В X в. в Европе появляются ветряные мельницы. С XIII в. в европейских городах начали устанавливать на башнях часы с одной стрелкой. В XV в. использовались часы со скрученной пружиной. Но все они указывали приблизительное время.

Изменения в производстве часовых механизмов в XVII в. были сделаны известным голландским механиком, физиком, математиком Христианом Гюйгенсом (1629–1695). Он проводил астрономические исследования, которые требовали точного времени, а таких приборов не было. В 1657 г. в качестве регулятора стационарных часов он применил маятник, а в переносных – упругую пружину. Свое изобретение Гюйгенс описал в работе «Маятниковые часы». Эта книга – пример сочетания теории с конструктивным решением проблемы.

Постепенно развитие получили два вида машин: машины-двигатели в мануфактурах и рабочие машины (орудия). Это привело к значительному сопротивлению со стороны ремесленников (разорение) и рабочих (продолжительный рабочий день). Они разрушали машины. Так, в Голландии применение ленточной машины в текстильном производстве законами, принятыми в 1623, 1639 и 1648 гг., было строго запрещено.

С внедрением разделения труда на производстве возросло количество изобретений и усовершенствований, что значительно повысило доходы владельцев мануфактур. Они требовали, опасаясь конкуренции, чтобы государство ввело монополию собственников предприятий на внедрение технических изобретений. С другой стороны, установление привилегий на изобретения было новым источником доходов государства. С патентов и привилегий взимались большие налоги. Привилегии, охранявшие права изобретателей были введены в Англии с 1623 г., а впоследствии они применялись и в других странах.

Одним из выдающихся изобретателей эпохи позднего Средневековья был Леонардо да Винчи (1452–1519). Он занимался математикой, механикой, физикой, астрономией, геологией. В области механики с помощью экспериментов пытался определить коэффициент трения и скольжения. Он исследовал явление удара, сопротивление различных материалов, падение тел на Землю. Изучая движение птиц, да Винчи нарисовал схемы парашюта и вертолета. Ему принадлежат многочисленные схемы токарных, ткацких станков, печатных машин, прибора для шлифовки стекла. Однако большинство его изобретений, в то время не имели практического применения, поскольку не были созданы еще условия для их использования.

Период развития естествознания как науки продолжался до конца XVIII в. В это время оно начало обслуживать потребности промышленного производства, которое быстро развивалось. Энергетическая база промышленности в то время – это энергия человека, животных, ветра и воды. Вследствие этого естествознание ставило перед собой задачу изучения механического движения и познания его законов.

Большое значение для развития науки того времени имело создание Николаем Коперником (1473–1543) гелиоцентрической системы мира, которая закладывала основы освобождения естествознания от богословия. Земля – одна из планет, которые вращаются вокруг Солнца. Противостояло это учение геоцентрической системе мира, где Земля находилась в центре Вселенной. Основной труд Коперника – «О вращении небесных сфер». Эта книга на протяжении веков была символом борьбы за прогрессивную науку.

Галилео Галилей (1564–1642) с помощью телескопа сделал несколько открытий в области астрономии, которые подтвердили гелиоцентрическую систему мира. Он сформулировал основные кинематические понятия – скорость, ускорение. Экспериментально доказал количественный закон падения тел в пустоте, согласно которому расстояния, которые они проходят в одинаковые промежутки времени относятся как последовательные нечетные числа. Он также сформулировал начальный закон динамики, рассмотрев принцип инерции. Галилей открыл закон колебания маятника и первый выдвинул идею относительности движения. Он много времени уделял практике – изучал простые машины, атмосферное давление, проблемы гидро- и аэростатики.

Окончательно гелиоцентрическая система была сформирована в трудах немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571–1630). Он открыл законы движения планет. Великий английский математик, астроном и физик Исаак Ньютон (1643–1727) сформулировал их с точки зрения общих законов движения материи, основал математический анализ в 1665 г. Его деятельность завершила этап развития естествознания, где в это время доминировали метафизические взгляды об абсолютной неизменности природы.

Алхимия в ХV–ХVII вв. теряет свои позиции в науке. Происходит ее сближение с медициной. Немецкий врач Парацельс (1493–1541) высказал мнение о том, что явления, которые происходят в организме человека, – это химические процессы. Уильям Гарвей (1578–1657) был основателем научной физиологии, открыл кровообращение.

Первые достоверные сведения об изобретении микроскопа относятся к 1609–1610 гг., когда Галилей сконструировал свой первый микроскоп, хотя сочетание линз, образующих оптическую систему, были известны голландским и итальянским шлифовщикам стекла еще в конце XVI в. Первые микроскопы позволяли создать качественное, неискаженное изображение с увеличением до 300 раз. Голландский биолог Антони ван Левенгук (1632–1723), используя одиночные линзы, впервые изучал движение крови в капиллярах, сделал описание эритроцитов, изучал строение насекомых.

Минералогия в то время развивалась в тесной связи с химией и металлургией. До трудов немецкого ученого Георга Агриколы было известно 60 минералов. Он описал еще 20 и сделал предположение о существовании многих других. В XVII в. датские ученые Расмус Бартолин (1625–1698) и Николас Стено (1638–1686), англичанин Роберт Бойль (1627–1691) и немец Роберт Гук (1635–1703) установили оптические свойства кристаллов, а также первые геометрические законы их строения. Впоследствии это направление в минералогии выделилось в самостоятельную дисциплину – кристаллографию. В это время начала складываться как самостоятельная область науки также геология, которая изучает строение, минеральный состав и историю развития Земли и земной коры.

В XVII в. появляются космогонические гипотезы Рене Декарта и Готфрида Вильгельма Лейбница, согласно которым Земля первоначально находилась в раскаленном состоянии, а затем, длительное время остывала, покрываясь корой. Михаил Ломоносов (1711–1765) заложил основы сравнительно-исторического метода в геологии.

Перелом в развитии физики наступил несколько позже, чем в других науках. Ученик Галилея Эванджелиста Торричелли (1608–1647) разработал некоторые вопросы гидродинамики: открыл существование атмосферного давления и создал ртутный барометр. Французский математик, философ и физик Блез Паскаль (1623–1662) доказал, что столб жидкости в барометре поддерживается именно атмосферным давлением, открыл названный его именем закон о передаче давления в жидкостях и газах.

Изучая свойства воздуха, немецкий физик Отто фон Герике (1602–1686) опытным путем доказал существование давления воздуха, его упругость, способность поддерживать огонь, наличие в нем водяного пара, а также то, что в воздухе распространяется звук. В 1650 г. для этих опытов он изобрел воздушный насос.

В 1662 г. английский физик и химик Роберт Бойль вместе со своим учеником Ричардом Таунлеем впервые установил существование зависимости объема от давления. Через 14 лет французский физик Эдм Мариотт (1620–1684), независимо от Бойля, открыл тот же закон. Он изложил его в своем сочинении «Опыт о природе воздуха» (1676).

Первые наблюдения за притяжением легких предметов, натертых янтарем – проявление действия электрических сил – были сделаны в Древней Греции в середине I тыс. до н.э. Однако в дальнейшем учение об электричестве не развивалось вплоть до появления в 1600 г. труда «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английского физика Уильяма Гильберта (1544–1603). Он установил, что многие тела, подобно янтарю, обладают способностью притягивать легкие предметы после натирания. Сравнивая свойства этих тел со свойствами янтаря, Гильберт назвал их «электрическими» и ввел этот термин в научный оборот. Он объяснял электрические свойства тем, что у них есть специфическая эклектичная субстанция (вещество), которая выходит из них при трении и обусловливает притяжение и отталкивание.

В середине XVII в. свойства электричества изучал немецкий физик Отто фон Герике. Для своих опытов он создал одну из первых электростатических машин – шар из серы, который вращался и натирался руками. Проводя опыты с этим шаром, он обнаружил явления электрического отталкивания и электрического сияния.

Французский физик Шарль Франсуа Дюфе (1698–1739) сконструировал прибор для определения и измерения электричества – прототип современного электроскопа. Он высказал предположение о существовании двух различных видов электричества: «стеклянном», которое возникает при натирании стекла, и «смоляном», возникающем при натирании смолы. Опытным путем Дюфе установил, что однородные электрические заряды отталкиваются, а разнородные – взаимопритягиваются.

Потребности производства, а также успехи, достигнутые в астрономии, механике и других областях знаний, привели к дальнейшему развитию математики. Прежде всего, в то время разрабатываются основные положения алгебры. Еще в XVI в. итальянские математики Сципион дель Ферро, Никколо Тарталья и Лодовико Феррари открыли алгебраические способы решения уравнений третьей и четвертой степени. Дальнейшее развитие алгебра получила в трудах итальянского ученого Джероламо Кардано и французского математика Франсуа Виета.

В XVII в. самым заметным достижением в области математики было открытие логарифмов, которое сделали почти одновременно и независимо друг от друга шотландский математик Джон Непер (1550–1617) и швейцарский математик Йост Бюрги (1552–1632). «Арифметические и геометрические таблицы прогрессии» Бюрги, «Описание удивительной таблицы логарифмов» и «Построение удивительной таблицы логарифмов» Непера способствовали развитию техники вычислений.

Французский философ-энциклопедист, физик и математик Рене Декарт (1596–1650) издал в 1637 г. труд «Геометрия», который содержал основы метода координат в геометрии. В этой работе он впервые в науке ввел понятия переменной величины и функции.

Разработав отдельные вопросы исчисления бесконечно малых величин, математики первой половины XVII в. – французские Пьер Ферма, Рене Декарт, итальянские – Бонавентура Кавальери, Эванджелиста Торричелли – подготовили почву создания дифференциального и интегрального исчисления. Возникновение новых разделов математики было связано с трудами немецкого ученого Готфрида Вильгельма Лейбница (1646–1716).

В ХVIII в. математические знания находят применение в различных областях науки. В это время трудами Леонарда Эйлера (1707–1783) и Жозефа Луи Лагранжа (1736–1813) были заложены основы теории вероятности, а также других новых направления математики. Их открытия привели к постепенному отказу от метафизических представлений о природе.

Таким образом, базируясь на разделении труда, мануфактурное производство свелось к таким простым операциям, что стала возможной замена руки рабочего различными механизмами. Дальнейшее развитие мануфактуры привело к специализации орудий труда. Основным двигателем мануфактурного производства было гидравлическое колесо. В это время получают дальнейшее развитие горное дело и металлургия, происходят изменения в военной технике. В ХVI–ХVIII вв. естествознание формируется как наука. Все это свидетельствует о том, что постепенно формируются предпосылки перехода от ручного труда к машинному.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие особенности развития ремесел в эпоху Средневековья Вам известны?

2. Что Вы знаете о технических изобретениях средневекового Востока?

3. Какие научные достижения стран Средней Азии и Китая Вам известны?

4. Что стало причиной появления мануфактурного производства?

5. С именами каких ученых связаны успехи естествознания в ХVI–ХVIII вв.?

Основные понятия

Цех – средневековое объединение городских ремесленников одного или нескольких близких промыслов, который регламентировал процесс производства и охранял права своих мастеров.

Мануфактурное производство – изготовление различных изделий, основанное на принципе разделения производственного процесса на отдельные операции и базировавшееся на ручном труде.

Интересные факты

Средневековый замок

Особенности строительства замков ХI в. видны на примере Шато д’Арк в Нормандии. Его построил Гийом д’Арк, дядя Вильгельма I, в 1040 г. у Дьеппа. Замок имеет каменный донжон, навесные стены с барбаканом (надвратной башней) и являет собой образец архитектуры своего времени. Вильгельму I Завоевателю после победы в битве при Гастингсе в 1066 г. и по мере захвата Англии нужно было быстро установить контроль над страной. А укрепления из дерева можно возводить намного быстрее каменных. Он привез с собой из Нормандии строевой лес, уже распиленные и подогнанные друг к другу бревна и доски, а также бочки с крепежами и гвоздями.

На «Гобелене из Байё» видно, что подобные крепости возводились на холме или искусственной насыпи. Снаружи у подножия обустраивали просторный огороженный двор, внутри которого гарнизон мог хранить оружие и припасы, держать лошадей. Внешний двор соединялся с внутренним деревянным мостом, который перекидывали через ров. Со временем укрепления стали строить из камня.

Типичным примером сооружений ХII в. является замок Хэдингем в графстве Эссекс, построенный в 1130 г. Он расположен на краю холма, который был предварительно эскарпирован (разрезан) для придания земляному сооружению нужной формы. Средневековые инженеры умело выбирали места для замков (господствующая над местностью высота) с целью экономии рабочей силы, в которой ввиду немногочисленности населения ощущался значительный недостаток. Над входом в замок, расположенном с южной стороны, возвышалась надвратная башня с подъемным мостом. По обе стороны от ворот располагались помещения для стражи. Лестница вела наверх к блокам для подъема решетки – герсы, закрывавшей вход в замок. В дополнение к опускной решетке вход в надвратную башню перекрывали двустворчатые дубовые ворота. На территории внешнего двора располагались воинские казармы, ремесленные мастерские, зернохранилище, конюшни. Внешний двор был соединен с внутренним перекидным мостом. над которым была расположена вторая надвратная башня. За стенами находился глубокий ров с насыпью и частоколом.

Стены донжона (главной башни) Хэдингема были сложены из камня и возводились строго вертикально. В главную башню можно было попасть только через пристройку, которая служила для прикрытия и защиты лестницы, ведущей наверх во внешний вестибюль, из которого можно было пройти на первый этаж замка через дверь, которая также защищалась опускной решеткой. Свет в помещения первого этажа проникал через окна, прорубленные в стенных нишах.

Окна верхних ярусов были шире нижних. В толще стен донжона были устроены небольшие комнаты без окон. В помещениях второго, третьего и четвертого этажей имелся камин. На втором этаже, через который можно было проникнуть в донжон, размещалась охрана, на третьем – находился большой зал – главное помещение замка, а на четвертом – покои для женщин. В донжоне располагался замковый колодец. В подвальное помещение вела винтовая лестница, а в угловой части башни находилась лестница, которая вела наверх к зубцам, где круглосуточно несли службу караульные.

При строительстве замков средневековые инженеры столкнулись со сложной проблемой: крыша над зданием большой площади. В Хэдингеме по всей ширине главного зала была построена большая каменная арка, используя которую, можно было настилать балки на потолке по длине зала, которые опирались на несущие стены и арку. Поперек этих балок укладывались брусья для пола верхнего этажа. В главном зале окна были очень узкие, и поскольку в те времена стекол не было, то на ночь они закрывались дубовыми ставнями, а днем были открыты. Дымоход от камина выходил не на крышу, а через стену под углом позади одного из контрфорсов.

В Северном Уэльсе в ХIII в. король Эдуард I продолжил строительство замков, начатое Вильгельмом Завоевателем. В 1285 г. в устье реки Сейнт, у входа в залив Менай, был заложен замок-город Карнарвон. Это уже скорее сильно укрепленный город, похожий на огромный внешний двор, пристроенный к замку. В толщине стен, защищенных зубцами, устроены две галереи, а сами стены были защищены девятью выступающими башнями, из которых лучники могли перекрестно обстреливать свой участок. Следует отметить, что стрела, выпущенная из большого лука ХIII в. рукой умелого воина с расстояния в 180 м, пробивала любые рыцарские доспехи того времени.

Нужно сказать, что не все военные сооружения Средневековья столь гармоничны, как замок Карнарвон. Часто можно встретить сооружения, где донжон построен в ХII в., внешний двор – в ХIII в., а надвратная башня – в ХIV в. Это объясняется тем, что средневековые инженеры не ориентировались на стиль сооружений, созданных ранее. Поэтому донжон использовался с нормандских времен, а другие постройки совершенствовались в соответствии с требованиями своего времени. Крестовые походы и Столетняя война оказали большое влияние на европейскую архитектуру.

Основные даты

1249 г. – первый горный закон короля Вацлава.

1589 г. – первый вязальный станок.

1627 г. – первое применение пороха в горных работах.

1637 г. – издание книги Рене Декарта «Геометрия».