История развития прикладной механики в России в XIX столетии: Применительно к проблемам транспорта

XIX век с полным правом можно назвать веком возникновения механического транспорта. Это было связано с внедрением универсального промышленного двигателя — паровой машины. Попытка приспособить паровую машину к карете и создать вид автономного транспорта в конце XVIII — начале XIX века не увенчалась успехом: слишком неудовлетворительным было соотношение провозимого груза и веса самой паровой машины. Более удачной была попытка создания водного механического транспорта путем приспособления паровой машины к корпусу морского или речного судна. Наконец, создание нового вида транспорта — рельсового, привело к идее паровоза. Напомним, что сама идея рельсового транспорта старше идеи локомотива.

На протяжении века происходит развитие железнодорожного транспорта и парового судоходства. Вместе с тем, в связи с изобретением двигателя внутреннего сгорания в конце XIX века создается автомобильтранспорт индивидуального пользования, на рубеже XX века ведутся работы по созданию воздушного транспорта, сама же реализация аэропланов относится уже к XX веку.

Естественно, что возникновение новых отраслей техники потребовало и соответствующего развития фундаментальной науки. Сразу же выяснилось, что тот капитал знаний, который был создан великими механиками, начиная с Ньютона, оказался недостаточным. Механика продолжает развиваться, причем особенно интенсивно в том направлении, в котором она может удовлетворить потребности строительства и эксплуатации путей сообщения. Таким образом, одновременно со становлением новых областей техники, возникают и развиваются новые направления естественных наук, в первую очередь механики. При этом железнодорожная техника и судостроение оказали такое влияние на механику, что стимулировали создание некоторых новых ее ветвей. В своем дальнейшем развитии они получили самостоятельный статус, но их корни были глубоко связаны с железнодорожным строительством и пароходным сообщением.

Главные практические задачи начала века в России относились к дорожному строительству, горно-заводскому производству, военно-инженерному и военно-морскому делу. Задачи эти сами по себе были взаимосвязаны: войны конца XVIIIначала XIX века показали, что все процессы со сбором и передвижением войск требуют усовершенствованных путей сообщения. В этом же нуждались и крупные города, в первую очередь обе столицы — Москва и Петербург. Вопросы снабжения армии и флота стимулировали развитие горнозаводской промышленности и, как увидим далее, первое самостоятельное решение проблемы железнодорожного транспорта возникло именно в горнозаводской промышленности.

До XIX века, как правило, механики-практики были далеки от механиков-теоретиков. Теперь положение начинает меняться. Изобретение машин требовало подготовки квалифицированных инженеров, которые могли не только обслуживать машины, но и создавать новые. Происходит раздел между механикой практиков и механикой теоретической, и для обслуживания нужд практиков возникает механика прикладная. Важную роль в деле ее создания в России сыграл Институт Корпуса инженеров путей сообщения. Прикладная механика появляется здесь сначала в виде «курса построений», в котором были объединены вопросы механики машин и строительной механики. Важными предпосылками создания прикладной механики были и овладение техникой дорожных и строительных работ, и изучение теории и практики мостостроения, прикладной гидравлики, паровой машины. Кроме < того, свою роль сыграла и постановка преподавания математического анализа и аналитической механики. Таким образом, прежде начала строительства железных дорог в Институте уже были созданы достаточно квалифицированные кадры, которые могли производить совершенно новые по своему характеру работы.

К середине и во второй половине XIX века важнейшими текущими задачами империи были строительство железных дорог, мостов, тоннелей, ~ шоссейной дороги Петербург-Москва, Исаакиевского собора, Московского манежа, Военно-Грузинской дороги, устройство фабрик и заводов и проектирование машин для них, строительство кораблей. Все это требовало уже значительных познаний из области прикладной и строительной механики, в том числе и тех ее направлений, которые создавались на протяжении века.

Вероятно, нет ни одной отрасли техники, которая оказала бы такое существенное влияние на становление и развитие исследований в области механики, как строительство и эксплуатация железных дорог. Задачи транспортной механики были весьма разнообразны. Они включали строительную механику в самом широком понятии, механику сыпучих тел, теорию нити, теорию паровой машины, теорию механизмов, теорию тяги, теорию трения и сопутствующие разделы механики, задачи теории колебаний и динамики машин, гидравлики и гидродинамики. К этому надо добавить учение о сопротивлении материалов, теорию упругости, а также учение о деталях машин — все эти вопросы встали в тесную связь с железнодорожной наукой, находящейся в процессе становления.

Самое существенное заключалось в том, что вопросы перед наукой ставились буквально на ходу, и ответ на них требовался незамедлительно. Например, расчет ферм мостов, при строительстве железной дороги Петербург-Москва, возведение насыпей, выбор трассы дороги, укладка рельсового пути, организация фронта работ. Все эти проблемы появляются в комплексе и связаны друг с другом. Проведение работ по сооружению железных дорог, строительству мостов требуют сосредоточения большого количества людей, следовательно, необходимо изучение человека как движителя, впрочем, эта работа была начата еще в XVIII веке. Одновременно проводились работы по механизации строительства. Вот это «неимоверное и почти внезапное распространение промышленности и торговли», по выражению инженера путей сообщения П. П. Мельникова, и потребовало изучения прикладных наук, особенно применительно к транспорту.

Именно поэтому в диссертационной работе рассматриваются вопросы развития прикладной механики, связанные с проблемами транспорта и не затрагиваются такие разделы, как баллистика, горная механика, гидравлика.

Актуальность темы

.

История прикладной механики в России в XIX веке имеет важное фактологическое и методологическое значение. В этом периоде требуют исследования и уточнения существенные аспекты развития прикладной механики, в первую очередь транспортной и судостроительной, являющиеся результатом совместных усилий российских и зарубежных ученых и деятелей техники. Этот период позволяет исследовать и определить те этапы, которые проходят в своем развитии многие прикладные и технические науки «механического» цикла. Таким образом, создается еще одна страница в истории науки и техники нашей страны.

Чем отличались инженеры прошлого века от нынешних? Помимо всего прочего — знанием истории науки, истории местности, в которой они работали, истории конкретного предмета, которым они занимались. Любая техническая книга XIX века всегда начиналась с исторического обзора. Такое знание расширяло кругозор, развивало ассоциативное мышление, помогало в принятии правильного, дальновидного решения. В настоящее время — время развития социальных и экологических наук, необходимость знания истории соответствующих дисциплин становится абсолютно очевидной. Именно этот предмет позволит не только искать пути решения проблем, но и ставить их, что, видимо, не менее важно.

Без исторического подхода к самому процессу эволюции науки невозможно оценить ее перспективы. Особенно интересен XIX век, его можно назвать веком возникновения механического транспортаXIX век также характеризуется переходом от сооружения водных путей сообщения к сухопутным — шоссейным, грунтовым, а затем и железным дорогам. XIX век является переломным и в кораблестроении: от парусных деревянных судов переходят к металлическим паровым. Эти разнообразные направления требовали соответствующего развития фундаментальных и прикладных наук.

Таким образом, одновременно со становлением новых областей техники, возникают и развиваются новые направления естественных наук, в первую очередь механики. Ни в одной области человеческого знания не проявлялось столько энергии, стремления к достижению целей, как в области развития путей сообщения и перевозок. Чрезвычайное разнообразие задач стимулировало развитие новых разделов механики.

Не менее интересен и опыт создания научных школ. В историко-научной литературе принято считать, что в первой половине XIX века научных школ в России не было. Однако данные проведенного исследования позволяют сказать, что в области технических наук существовали научные школы с традициями, преемственностью и высокой эффективностью работы. В связи с этим, а также учитывая, что любая наука, в том числе и механика, разрабатывается людьми и для людей, в работе обращается особое внимание на жизненный путь и творчество тех ученых и инженеров, которые внесли существенный вклад в создание транспортной механики. Для этого изучались биографии А. А. Бетанкура, Н. Н. Божерянова, Ф.И. и Ф. А. Герстнеров (отца и сына), А. Г. Добронравова, С. В. Кербедза, Б. Клапейрона, Г. Ламе, П. П. Мельникова, Н. Ф. Ястржембского и многих других. Истории науки и техники в высших учебных заведениях в нашей стране отводилось незначительное место, за исключением, пожалуй, 30-х годов XX века, когда в технических вузах читался курс «Марксистская история техники». А ведь в XIX веке курс «История открытий в точных науках» считался «необходимым для всякого рода деятельности». Инженерное образование много потеряло от этого, так как именно история науки может заполнить в техническом образовании недостаток гуманитарного просвещения и, тем самым, заменить цикл мировоззренческих дисциплин. Сейчас важны вопросы гуманитаризации науки, социальной функции, индивидуального сознания (биографические исследования) — все это лежит в русле исследования по истории науки, в частности транспортной науки.

Цель работы.

Ставится цель — дать обзорно-аналитическое исследование истории прикладной механики в России в XIX веке в качестве области науки, игравшей значительную роль в научно-техническом и промышленном развитии России и являющейся характерным примером для установления закономерностей такого развития на его динамичных этапах. В задачи диссертационной работы входило также изучение биографий, научной, инженерной и педагогической деятельности крупнейших ученых страны в этой области.

Методология исследования.

Методология исследования включает в себя: историко-научный анализ источников, их изучение с учетом общей ситуации в развитии науки и практикиобзорно-аналитический метод, предусматривающий сопоставление технических, биографических, социально-экономических фактов и научных трудовпринцип историзма, который позволяет дать ретроспективную картину состояния прикладных наук.

Источниковая база.

Это, в первую очередь, архивные материалы, рукописные фонды, мемуарная литература, научные труды (в том числе малоизвестные), отечественных и зарубежных ученых, учебники и учебные пособия по математике, строительной, прикладной механике, теоретической механике, кораблестроению. Общий перечень литературы, с учетом собственных работ автора, включает около 400 наименований.

Изучены труды П. Базена, А. Бетанкура, Н. Н. Божерянова,.

И.А.Вышнеградского, Ф. А. Герстнера, М. Дестрема, А. Г. Добронравова, А. С. Ершова, С. В. Кербедза, Г. Ламе, А. И. Майорова, П. П. Мельникова, Я. А. Севастьянова, Н. М. Соколова, Н. Ф. Ястржембского, Д. С. Чижова, Ф. В. Чижова, и многих других, проведен анализ их работ и их вклад в развитиеприкладных наук.

Для написания работы потребовалось просмотреть и изучить более 500 дел из архивов Петербурга и Москвы. Многие архивные и рукописные материалы публикуются в диссертации впервые.

Научная новизна.

Данная работа по истории науки и техники освещает несколько смежных научных дисциплин: математику, механику, технику и их социальную историю. До этого времени не было проведено комплексного, всестороннего изучения проблемы взаимосвязи и взаимовлияния этих наук, за исключением, пожалуй, работы А. П. Мандрыки [138]. В историю отечественной науки и техники внесены новые разделы, показывающие становление и развитие учения о сопротивлении материалов, теории упругости, строительной механики, механики машин и механизмов, прикладной механики, некоторых разделов судостроения.

Впервые на основе изучения архивных материалов, рукописных и печатных работ показан вклад в развитие этих дисциплин конкретных ученых, показано становление школы прикладных наук, создание учебников и учебных пособий по механике и математическим наукам, которые служили основанием и инженерного искусства, изучена роль инженеров путей сообщения в развитии дорог в Закавказье.

Воссозданы биографии ученых, имеющих непосредственное отношение к транспортной науке — П. П. Мельникова, С. В. Кербедза, Ф. А. Герстнера, а также Н. Н. Божерянова, Д. С. Чижова, Н. Ф. Ястржембского, и других, проанализировано их творчество.

Выяснены некоторые неизученные до последнего времени факты, касающиеся деятельности А. А. Бетанкура и его ближайших учеников и сподвижников, в том числе испанских инженеров, в России.

Изучен жизненный и творческий путь Г. Ламе, показан его вклад в создание строительной механики и теории упругости, исследована его деятельность в области железнодорожного строительства не только в России, но и во Франции.

Показана взаимосвязь этапов развития научной теории и развития технических объектов в области транспортной и судостроительной механики.

Предмет защиты.

Совокупность методологических и фактологических положений при анализе истории развития прикладной механики в России в XIX веке, являющихся существенным вкладом в теоретические основы истории науки и техники.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Выявление комплексной картины состояния математических наук (к которым тогда относилась и механика) до основания Института Корпуса инженеров путей сообщения.

2. Изучение постановки высшего образования в первом транспортном вузе страны, создание первых учебников, в том числе, «курса построений» и прикладной механики.

3. Проведение комплексного исследования развития прикладной механики в соответствии с требованиями строительного искусства, транспорта и военной техники.

4. Исследование формирования и характерных особенностей Санкт-Петербургской инженерной школы, анализ ее влияния на русское общество, установление ее связи с учеными зарубежных стран.

5. Выявление характерных особенностей становления и развития учебных курсов в изучаемой области на протяжении XIX века. При этом показано, как менялись курсы в соответствии с требованиями практики.

6. Воссоздание биографий ученых, выяснение неизученных фактов в ранее опубликованных биографиях.

Научная значимость.

Дан историко-аналитический обзор становления и развития рассматриваемых направлений прикладной механики в России в XIX веке.

Показано, что XIX век в России стал периодом динамичного развития прикладной механики в качестве одной из ведущих научных дисциплин. Само развитие прикладной механики, будучи вызвано потребностями промышленности, в свою очередь, способствовало промышленному перевороту в России, который наиболее ярко проявился в период 1830—1870-х годов.

Дано сопоставление проблем и этапов сухопутного и водного транспорта, в основном, с учетом того факта, что многие деятели науки и техники XIX века успешно работали по обоим этим направлениям.

Раскрыта роль научных школ, их преемственность, взаимопроникновение теоретических и прикладных наук.

Практическая ценность.

Результаты работы могут быть использованы для научных исследований в области механики, истории техники, социальной истории механики, для лекционной работы (автором разработана программа курса лекций по социальной истории механики для факультета повышения квалификации).

Монографии о П. П. Мельникове, С. В. Кербедзе, Г. Ламе, Ф. А. Герстнере представляют интерес для широкого круга читателей. Об этом свидетельствует тот факт, что книги о П. П. Мельникове и Ф. А. Герстнере переведены в Соединенных Штатах Америки в 1995 и 1997 гг. соответственно. В 1996 году в Испании, а в 1997 году в России были проведены выставки, посвященные инженерной и научной деятельности А. А. Бетанкура. Диссертант принимал в них участие как научный консультант. Кроме того, в качестве научного консультанта автор был приглашен для разработки и участия в созданном в 1995 г. телестудией Останкино научно-популярном фильме о П. П. Мельникове.

Апробация работы.

Основные положения диссертационного исследования докладывались: на XIX Международном конгрессе по истории науки в Сарагосе (Испания) -1993 г.- на XX Международном конгрессе по истории науки в Льеже (Бельгия) — 1997 г.- на Международной конференции, посвященной Габриэлю Ламе, в Петербургском государственном университете путей сообщения в 1995 г.- на Международной конференции, посвященной Гаспару Монжу, в Петербургском государственном университете путей сообщения в 1997 г.- на научной конференции «Петербургские чтения» в 1996 и в 1997 .гг.- в Испанском посольстве в Москве, в Чешском и Польском консульствах в Петербургена конференциях Института истории естествознания и техники РАН имени академика С. И. Вавилована Международных конференциях «Математика в ВУЗе» в 1990 — 1998 гг.

Публикации.

Основные — положения исследования опубликованы в шести монографиях, в том числе две из них — о П. П. Мельникове и Ф. А. Герстнерепереведены на английский язык и изданы в Соединенных Штатах Америки, а также в 40 статьях.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, рисунков, списка литературы и списка использованных архивных дел. Последовательность глав, в основном, сложилась в соответствии с хронологическим периодом развития прикладной механики и ее разделов.

Выводы.

2,52.

К 60-м годах XIX века прикладная механика включала в себя кинематику, общую теорию машин, передаточные механизмы, теорию двигателей, гидравлику, построение машин, основанное на теории сопротивления материалов, аэростатику, аэродинамику. Постепенно разделы прикладной механики приобретают самостоятельный статус, кроме того, они отражают специфику учебного заведения, в которых читался соответствующий курс.

В университетах, за исключением Московского, прикладная механика как предмет обучения появляется в 60-х годах XIX века, в них формируется соответствующие школы прикладных наук.

Основным центром по подготовке инженеров остается Петербург. В институте инженеров путей сообщения научная деятельность развивалась в следующих направлениях: строительная механика, строительные материалы, начертательная геометрия, мостостроение, основания и фундаменты, гидравлика и водоснабжение, подвижной состав и тяга поездов, устройство железнодорожного пути, внутренние водные пути и порты. В технологическом институте в 1876—1878 годах И. А. Вышнеградский опубликовал труды, заложившие основания теории регулирования машин. В числе учеников И. А. Вышнеградского можно назвать, в частности, Н. П. Петрова, основным направлением деятельности которого стала гидродинамическая теория смазки.

В паровом судостроении решались серьезные практические задачи, была осознана необходимость теоретических разработок, особенно в области расчетов ходкости, остойчивости, непотопляемости, термодинамики, строительной механики. Кроме того, разрабатывалась методика экспериментов.

Большой вклад в развитие судостроения внесли А. А. Попов, М. М. Окунев, И. А. Шестаков, С. О. Макаров. Работы С. О. Макарова и А. Н. Крылова в области кораблестроительной механики получили свое завершение уже в первые годы XX века в виде теории непотопляемости, теории остойчивости, теории вибрации.

Большое внимание, по-прежнему, уделяется развитию внутренних водных путей сообщения и строительству портов. Так, реконструируются Вышневолоцкая, Тихвинская и Мариинская водные системы, производится расчистка русла Волги. В 1866 году при ближайшем участии П. П. Мельникова было закончено строительство нового Ладожского канала. Производились работы по устройству Рижского, Одесского, Таганрогского, Астраханского и других портов на Балтийском, Черном и Каспийском морях. С. В. Кербедзом был разработан проект и осуществлено строительство Морского канала Петербург-Кронштадт. Он же представил проект петербургского порта, который должен был состоять «в непосредственной связи с существующими паровыми дорогами» .

Все сказанное показывает как тесно переплетались задачи, стоявшие перед сухопутным, водным, железнодорожным транспортом.

ГЛАВА 8. Анализ закономерностей развития теории и практики в морских технологиях и транспортной механике.

Рассмотрим процесс становления научной теории и развития технических объектов в области транспортной и судостроительной механики. Их взаимосвязь заключается в хронологическом соответствии определенных этапов развития теории прикладной механики и этапов ее практического применения в конкретных технических объектах.

Как в рассмотренных материалах по механике транспорта, так и в теоретических разработках по проблемам авиации и судостроения [61, 3, 213, 155, 185, 198] сложилась периодизация развития объектов техники, состоящая из шести этапов.

1. Открытие — период времени от первых идей о возможности создания объекта до конкретного открытия,.

2. Изобретение — от открытия до реализации в первых экспериментальных образцах,.

3. Доработка — от изобретения до разработки различных вариантов,.

4. Реализация — от разработки до внедрения в опытную эксплуатацию,.

5. Внедрение — последовательное появление новых серий объекта техники, достижение коммерческого успеха,.

6. Применение — появление объекта, получившего полное признание, в различных модификациях [61, с. 215].

Для начальных этапов развития колесного транспорта, также как и для судов, трудно уточнить временные рамки первого, да и, пожалуй, второго этапа. Например, невозможно сказать, когда изобрели колесо. Также трудно ответить на вопрос, когда произошло конкретное изобретение, поскольку позднейшие исследования по истории науки позволяют открыть новые горизонты. Но, начиная с создания рельсового транспорта и приспособления паровых машин к повозкам, эту закономерность проследить можно.

Например, рельсовый транспорт для стадии открытия можно отнести к середине ХУШ века, когда в горнозаводских районах на Алтае и на Урале использовались деревянные лежневые дороги. Отсюда был уже один шаг к применению более прочных и надежных металлических лежней. Примером этого может служить специальная «шаровая» дорога для перевозки камня под пьедестал памятника Петру I (1769 год). Камень был водружен на платформу, которая передвигалась при помощи воротов по переносным рельсам, уложенным на специально устроенной дороге шириной около 20 метров. На болотах были забиты сваи, верхний слой мха снимался, на это место укладывали хворост и щебень. Зимой, когда грунт промерз до глубины 1 метра, приступили к перевозке камня. Платформа передвигалась на медных шарах, уложенных в два обитых медью желоба рельсов. Конечно, это не были рельсы в современном смысле.

В конце XYIII века стали появляться промышленные рельсовые чугунные дороги. В 1788 году в Петрозаводске была построена рельсовая дорога для перемещения пушек из одного цеха в другой. Эти рельсы представляли собой цельнолитую чугунную решетку шириной 800 мм (этап доработки). В 1805 году при закладке Биржи в Петербурге была устроена чугунная дорога для перевозки гранитных камней с пристани к месту работ. В 1809 году горный инженер П. К. Фролов (1775−1839) построил конную железную дорогу на Змеиногорском руднике длиной около двух километров. Это уже была настоящая железная дорога с насыпями, мостами, продуманным верхним строением и даже с графиком движения поездов. Постепенно рельсы приняли более удлиненные формы, соединение их стало производиться из более дешевых материалов, а, начиная с 20-х годов XIX века сами рельсы стали делать из железа, так как чугун был слишком хрупок. Весь этот период можно считать этапом доработки, для которого как раз характерен широкий поиск с сохранением немногих конкуренте — способных решений. Таким же образом можно рассмотреть эволюцию локомотивов. Интересна аналогия между строительством паровозов и судов. С одной стороны, пароходы сначала стали использовать колесо, также как и наземный транспорт, с другой стороны, паровозы были тогда настолько новым видом передвижения, притом.

2'57 сравнительно малочисленным, что им, как и кораблям, давали имена, каждый паровоз имел свое собственное имя, причем это наблюдалось не только в России, но и в других странах.

Анализируя этапы развития железнодорожного транспорта, возникает мысль о том, что все-таки необходимо выделить и седьмой этап развития техники. К шестому — относить только этап первого коммерческого успешного применения, а седьмым этапом можно считать последующие применения объекта в стабильных технических формах, но с чередованием некоторых конкретных особенностей. Например, для железных дорог, в самом общем смысле, не вдаваясь в рассмотрение различных направлений механики и техники, в качестве этапа реализации можно рассмотреть первую конно-железную дорогу П. К. Фролова, дорогу и паровоз Е.А. и М. Е. Черепановых на Нижнетагильском заводе на Урале. Этап внедрения с достижением коммерческого успеха — это дорога, построенная в 1837 году Ф. А. Герстнером: Петербург — Царское Село — Павловск, которая дала прибыль уже через год после введения в эксплуатацию. Этап применения — железная дорога, построенная П. П. Мельниковым: Санкт-Петербург — Москва. Тогда седьмой этап — это дальнейшее строительство железных дорог в стабильной форме, но с различными вариациями, характерными для решения конкретных задач и для конкретной местности.

25*8.

Посмотрим на закономерности развития теории. В каких из этапов эволюции технических объектов происходит становление теории по соответствующему направлению механики. Например, в области судостроения. Одной из отличительных особенностей кораблестроительной теоретической механики в XIX веке было наличие временной паузы. В то время как в практической морской механике XIX век был временем перелома, теория (в большинстве случаев отставая от практики) еще не достигла в области пароходного дела такого уровня развития, чтобы оказать значительное влияние на саму практику.

По отношению к рассмотренным выше этапам теоретические разработки (даже если они были заготовлены каким-либо дальновидным ученым впрок) начинают применяться, в лучшем случае, на этапе доработки. Обнаруженные здесь практические противоречия должны быть теоретически осознаны для выбора правильного пути ликвидации противоречий. Можно охарактеризовать этот этап теории как выработку основ. Для этого могут привлекаться теоретические положения или из анналов теоретических наук, или из смежных областей, или на основе специальной разработки. Например, при становлении теории подводных судов общие основы статики и теория движителей могли быть взяты из теории надводных судов (в том числе работ Л. Эйлера), а теорию погружения и всплытия пришлось разрабатывать зановои это могло быть сделано лишь за пределами XIX века [21].

Другим примером может служить развитие строительной механики корабля, которая на первых порах удовлетворялась применением теории сопротивления материалов и статики наземных сооружений. С этапом реализации в практике можно соотнести этап становления в теории. Складываясь из тех элементов, которые были использованы при выработке основ, теория устраняет внутренние противоречия и несоответствия, становится могучим инструментом ускоренного развития практики и дальнейшего совершенствования самой теории, ликвидацией в ней «белых пятен» .

В качестве примера из области железнодорожного строительства можно привести расчет ферм мостов, выполненный Д. И. Журавским в процессе постройки Петербурго-Московской железной дороги.

Затем наступает третий этап развития теории — совершенствование математического аппарата, возможное создание специализированных версий [22]. Третий этап соотносится с этапом внедрения в практике и успешно ему способствует, позволяя с максимальной точностью давать технико-экономические обоснования, достоверно прогнозировать ожидаемые научно-технические перспективы. Примером может служить развитие теории паровых машин, паровозов, теории тяги поездов. Соответствующие разработки были сделаны в Морской академии Н. Н. Божеряновым, в Институте инженеров путей сообщения — А. Г. Добронравовым, Ф. И. Энрольдом, Л. А. Ераковым, А. П. Бородиным.

Далее, в теории, как и в практике, наступают параллельные этапы применения и чередования методологий, отслеживающих изменения в общем прогрессе теории. Например, в конце XIX века развитие теории корабля в вопросах ходкости стало подкрепляться применением экспериментов в опытовых бассейнах. В результате этого, в первоначальные разработки были внесены существенные дополнения. Не избежала этого и работа великого Д. И. Менделеева [147], посвященная сопротивлению судов при движении в жидкости. При теоретическом подходе не могли быть учтены некоторые положения, которые выявляются только при проведении эксперимента.

Таким образом, можно считать, что развитие научной теории проходит пять этапов: выработка основ, становление, математическое обоснование, применение и передовая методология. При этом происходит отставание на две позиции от этапов развития практики в соответствующих областях [55].

В связи с выявлением этих соответствий подтверждается актуальность анализа науки и техники в XIX веке, поскольку именно в прикладной механике этого периода рассмотренные закономерности проявляются наиболее четко.

Заключение

.

В результате выполненных исследований в историю науки и техники применительно к прикладной механике внесены существенные фактологические и методологические дополнения, связанные с развитием транспортной и строительной механики в России в XIX веке. Прикладная механика развивалась в России в тесном взаимодействии как с запросами практики, так и с математикой. Как наука прикладная механика возникает в начале XIX века, процесс ее возникновения и развития тесно связан как с промышленным переворотом, так и с техническими учебными заведениями, в первую очередь с Институтом Корпуса инженеров путей сообщения.

В соответствии с последовательностью анализа развития механики в диссертационном исследовании выявлены следующие важные положения в области историографии науки и техники.

1. Практическая механика в России в 17 — 18 веках развивалась в нескольких направлениях — строительная механика, практическая гидравлика, практическая баллистика, прочность литых изделий, механика машин (в основном, это было строительство водяных и ветряных мельниц^.

2. В связи с необходимостью развития водных путей сообщения, а также таких отраслей промышленности, которые обслуживали армию и флот, делаются первые попытки подготовки механиков и инженеров. Начинают строить сухопутные пути сообщения, в связи с чем создается Комиссия о дорогах в государстве, преобразованная позже в Экспедицию устроения дорог.

3. Практика судостроения ставит множество технических задач. Некоторые теоретические вопросы кораблестроения разрабатываются в трудах Л. Эйлера и Д.Бернулли.

4. В начале XIX столетия в недрах технических школ стали зарождаться прикладные науки, огромное влияние на их становление оказала Французская Политехническая школа.

5. Важным фактором для развития технических наук, для постановки высшего технического образования явилось открытие Института Корпуса инженеров путей сообщения. Создание первых учебников и учебных пособий в нем положило начало тщательному изучению математики и механики, что позволило в дальнейшем беспрепятственно применять их при разработке основ прикладных наук. Начавшийся промышленный переворот привлек внимание к учению о машинах и к строительной механике, эти два направления начали успешно развиваться во второй четверти XIX века.

6. В результате деятельности А. А. Бетанкура была разработана оригинальная система высшего образования, началась перестройка ряда гидротехнических сооружений, каналов, была создана первая паровая землечерпательная машина, поставлены проблемы пароходного транспорта, в частности, по его предложению П. Базен написал книгу о теории движения паровых судов.

7. Приехавшие в Россию французские инженеры, выпускники Политехнической школы Г. Ламе и Б. Клапейрон внесли большой вклад в совершенствование учебного процесса и помогли становлению таких дисциплин > как аналитическая, прикладная и строительная механика. Инженерная и научная деятельность в России привели Г. Ламе и Б. Клапейрона к разработке основ строительной механики. Они же стояли у истоков создания теории упругости.

8. Анализ работ Г. Ламе показывает, что основные научные направления, прославившие его в дальнейшем, — теория упругости, аналитическая теория тепла, теория криволинейных координат — были им начаты еще в Петербурге.

9. В 20-х годах XIX столетия начинает оформляться как самостоятельный предмет прикладная механика. Первые учебники по этому предмету были созданы Д. С. Чижовым, Б. Клапейроном, П.Базеном.

10. Впервые введены в научный оборот материалы о работе в России испанских инженеров. Они успешно занимались проектированием и прокладкой дорог, строительством мостов, каналов, гидротехнических сооружений, то есть выполняли весь комплекс работ, который осуществлял Корпус инженеров путей сообщения.

11. Интерес Ламе к строительству железных дорог возник в результате его работы в Институте Корпуса инженеров путей сообщения и его поездки на открытие Ливерпуль-Манчестерской железной дороги, отчет о которой представляет собой уникальное описание первой паровой дороги и предсказание будущих возможностей этого нового вида транспорта, в том числе и для России, хотя в это время в стране велась полемика по вопросу: что выгоднее для России — водные пути сообщения или железные дороги?

12. Исследована научная и инженерная деятельность Ф. А. Герстнерастроителя первой железной дороги с конной тягой на континенте Европы и строителя первой железной дороги общего пользования с паровой тягой в России: Петербург — Царское Село — Павловск.

13. Успех и экономическая выгодность Царскосельской железной дороги предопределили возможность дальнейшего строительства железных дорог в России. Эта дорога впоследствии явилась опытным полигоном для Петербурго-Московской железной дороги.

14. Научная деятельность П. П. Мельникова в области прикладной механики привела к созданию целостного курса по этому предмету, заложила основы отечественной транспортной науки. Анализ работ П. П. Мельникова показывает, что и до П. Л. Чебышева инженеры путей сообщения интересовались шарнирными механизмами. П. П. Мельникову же принадлежит честь введения в русской научной литературе термина «работа» как произведения силы на расстояние.

15. Рассмотрены работы Н. Ф. Ястржембского в области механики, показан его вклад в развитие прикладной механики, механики машин и механизмов.

16. Показана роль М. В. Остроградского в постановке преподавания математических наук в технических учебных заведениях и выяснено влияние ученых круга Йнститута инженеров путей на становление образования в области прикладной и строительной механики в стране.

17. Рассмотрено развитие прикладных наук в применении к парусно-деревянному судостроению.

18. Рассмотрена научная и инженерная деятельность С. В. Кербедза, его вклад в развитие мостостроения.

19. Строительство железнодорожной магистрали Петербург-Москва поставило перед учеными многочисленные задачи. Рассмотрены проблемы с точки зрения механики, возникающие при строительстве дорог. Сюда относятся — строительство земляного полотна, мостов, прилегающих зданий, вопросы водоснабжения, выбора технических параметров и т. п.

20. Проанализированы работы Д. И. Журавского, П. И. Собко, А. В. Августиновича в области строительной механики. Рассмотрены работы в области теории паровых машин Н. Н. Божерянова, А. Г. Добронравова. Эти книги использовали как инженеры путей сообщения, так и инженеры кораблестроители.

21. Выяснена основополагающая роль инженеров путей сообщения для развития дорог на Кавказе и в Закавказском крае. В частности, благодаря М. Эспехо в Тбилиси были построены школа, больница, дом инвалидов, по проектам русских инженеров строились все коммуникации и мосты. Разрабатывалась сеть грунтовых дорог, а впоследствии и железных дорог.

22. Рассмотрено развитие парового судоходства от первой паровой землечерпательной машины 1813 года. После Крымской войны в связи с усовершенствованием паровой машины, винтового движителя, развитием промышленности в России перешли строительству железных паровых кораблей.

23. Рассмотрены направления развития прикладных наук в области гидравлики, машиностроения, судостроения.

24. Выяснена роль инженеров путей сообщения в создании крупных гидротехнических сооружений, в частности Морского канал в Петербурге.

Совокупность этих положений позволила сформулировать новый подход к освещению проблем прикладной механики в России в XIX веке. Наиболее важными новыми результатами можно считать следующие:

— Проведено изучение проблемы взаимосвязи и взаимовлияния математики, механики, техники на фоне их социальной истории.

— В историю отечественной науки и техники внесены новые разделы, показывающие становление и развитие теории сопротивления материалов, теории упругости, строительной механики, механики машин и механизмов, прикладной механики, некоторых разделов судостроения.

— Впервые на основе изучения архивных материалов, рукописных и печатных работ показан вклад в развитие этих дисциплин конкретных ученых, показано становление школы прикладных наук, создание учебников и учебных пособий по механике и математическим наукам, которые служили основанием инженерного искусства, изучена роль инженеров путей сообщения в развитии дорог в Закавказье.

— Воссозданы биографии ученых, имеющих непосредственное отношение к транспортной науке — П. П. Мельникова, С. В. Кербедза, Ф. А. Герстнера, а также Д. С. Чижова, Н. Ф. Ястржембского, Н. Н. Божерянова и других, проанализировано их творчество.

— Выяснены некоторые факты, неизученные до последнего времени, касающиеся деятельности А. А. Бетанкура и его ближайших учеников и сподвижников, в том числе испанских инженеров, в России.

— Изучен жизненный и творческий путь Г. Ламе, показан его вклад в создание строительной механики и теории упругости, исследована его деятельность в области железнодорожного строительства не только в России, но и во Франции.

— Показана взаимосвязь этапов развития научной теории и развитие технических объектов в области транспортной и судостроительной механики.

Таким образом, итогом диссертационной работы является совокупность выносимых на защиту методологических и фактологических положений при анализе истории развития прикладной механики в России в XIX веке, являющихся существенным вкладом в теоретические основы истории науки и техники.