Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекція 9. Передінженерний період на Русі.
Металообробне ремесло. Еволюція суднобудування.
Будівельна техніка.
Військові машини.
Наприкінці ІХ ст. східнослов’янські племена об’єдналися у єдину державу із центром в Києві та започаткували могутню давньоруську державу – Київську Русь, що досягла розквіту к середині ХІІ ст. та мала широкі дипломатичні й торгівельні зв’язки з європейськими та азійськими країнами. Багаті архівні та археологічні матеріали репрезентують високорозвинену культуру та свідчать про велику військову могутність цієї держави, що пов’язується із високим рівнем розвитку техніки.
Найдавнішою галуззю промисловості на Русі була металургія, що на момент утворення Київської держави вже мала 1500-річний досвід. Першими ремісниками-спеціалістами були саме ковалі, що займались доменною та ковальською справою, а також ювеліри. Використання відповідного обладнання вимагало значних технічних знань. Емпіричне пізнання деяких закономірностей, наприклад, залежності тяги від висоти домни або особливостей роботи повітродувних міхів та іншого, було основою майстерності.
Ковалі виготовляли ножі, серпи, лопати, гвіздки, зброю та військове спорядження. Вони вміли виконувати найтонші процеси багатошарового зварювання заліза та сталі, створювали складні системи замків та ключів до них. Саме ця остання галузь стала згодом важливою складовою частиною механіки. Замки використовувались ще з ІХ-Х ст.ст., та особливо багато їх датується ХІ-ХІІІ ст.ст. Було відомо значну кількість замкових систем, близько 12 типів, але найбільш розповсюдженою була конструкція циліндричного пружинного замка, корпус якого складався з двох поєднаних циліндрів. Подібний замок закривається, якщо внутрішня пружина розходиться. Ключ стискає пружину, й замок відчиняється. Зразок такого трубчастого пружинного замка знайдено на Княжій горі. Складався він з 35 деталей, корпус замка був залізним, а пружина виготовлена з двох пластин – залізної та стальної. Обидві пластини зварювались, а потім ще підлягали термічній обробці. Товщина пластинок коливалась від 0,4 до 1 мм, отже зварювання таких тонких листів було надзвичайно складним. Руські замки були широко відомі в багатьох країнах.
Київська Русь вела жваву торгівлю не лише з найближчими сусідами, а й з віддаленими країнами. Велика питома вага у торгівельних перевезеннях припадала на водні шляхи, що мали важливе значення й під час воєнних походів.
Найдавніші судна – човни-однодеревки, що їх видовбували та витісували з цільного стовбура дерева, відомі ще у Х ст. Зазвичай вони були невеличкі, вміщували не більше за трьох чоловік, але деякі з них досягали 20 м в довжину та 3 м завширшки. Пізніше стійкість та вантажопідйомність човна-однодеревки почали збільшувати за рахунок підвищення надводної частини нашивкою з дощок по борту – набоїв; згодом з’являється судно, що повністю зшито з дощок. Еволюцію конструкції відбито у назвах суден: однодеревка, набійна лодія, дощаник. У ХІІ ст. з’являються насади – лодії, що перекриті палубою з високими ботами.
Важливою галуззю, що дозволяє оцінити інженерне мистецтво Київської Русі, є будівництво. Масові житлові та господарські будівлі у давньоруських містах в основному були дерев’яними, що свідчить про певний рівень розвитку теслярської майстерності. Професію теслярів згадує “Києво-Печерський патерик” у сказанні про Бориса та Гліба. До нас дійшли імена відомих вишгородських зодчих Мілонега та Ждана.
Головним типом давньоруського житла були зрубні конструкції. Тип дерев’яної конструкції стабілізувався починаючи з ХІ ст. На територіях, що багаті на ліси, переважали саме “зруби”. Там, де деревини було замало, склався тип мазанки, у яких дерево грало роль конструктивного каркасу. Чотирикутний зруб складався з горизонтально покладених колод, що на кутах були зв’язані врубками. Для деревини як будівельного матеріалу така форма є оптимальною. Завдяки горизонтальній укладці верхні колоди давили на нижні й під час подальшої усушки весь зруб стягувався та щодалі міцнішав. Стіни зрубу зв’язувалися дерев’яною балкою, що підвищувало жорсткість конструкції. Така будова давніх зрубів мало відрізнялася від народних хат, що подекуди збереглися до нашого часу.
Найдавнішими системами покрить були стропильна (з нахилених жердин) та вінцева (з горизонтальних колод). Остання поділялася на два види: коньковінцева, що утворює двоскатну кровлю, та шатровінцева, у якій крівля є шатром, що перекриває правильні багатогранники.
Значно складнішими будівлями були дерев’яні церкви. Найбільш розповсюджена їх конструкція – три зруби впритул один до одного із заходу на схід, причому середній зруб значно більший за усіма розмірами. Рівномірне розподілення зусиль в матеріалі досягалося за рахунок того, що кожен зруб перекривали самостійною главою. На основному чотирикутному зрубі будували менший зруб – восьмерик.
Широко були розповсюджені шатрові перекриття. Часто шатра виконувалися у стропильних конструкціях. В шатрах більшого розміру для надання міцності використовувалися колодні зв’язки. Шатро вінцеві конструкції застосовувалися у церковному будівництві, при будівництві хором та фортець. В такому випадку великий вінець зрубу ставав немов би основою, а усі наступні вінці розташовували із невеличким нахилом всередину. Проліт всередині поступово звужувався, аж доки не закривався остаточно. Башта з квадратної переходила у восьмигранну, що створювало враження значної висоти. При цьому башта приймала порівняно невеличке навантаження вітру, бо верхні яруси мали невеличке січення та обтічну форму. Перекриття ярусів робили у вигляді зрізаної піраміди було немов би додатковою плитою жорсткості, що підсилювало стійкість башти. В кутах також використовувало особливі балочки-скоби, що поєднувалися з вінцями зрубу за допомогою врубки та утворювали трикутник жорсткості. Шатра будували різноманітних форм: двоскатні, багатогранні на четверику та на восьмерику, восьмискатні хрестом, прямолінійних та криволінійних обрисів тощо.
Камінь у будівництві почали використовувати лише у Х ст. Перша літописна згадка про спорудження кам’яного терема в Києві датується 945 р., але широке розповсюдження кам’яних будівель відноситься лише до ХІІ-ХІІІ ст.ст. З появою кам’яних споруд особливого значення набули вимоги до їх стійкості та довготривалості.
“Києво-Печерський патерик” наводить достатньо повний опис процесу підготовки будівництва, що дає уявлення про те, як архітектурний задум зодчого втілювався в робочий архітектурний проект. Робота розпочиналась з вибору сухого місця та вирівнювання площадки. Потім виготовлявся дерев’яний еталон, за допомогою якого на землі розмічались основні пропорції майбутньої будівлі, а тоді вже починали копати рви та закладати фундамент.
Дотримання пропорцій споруд на Русі здійснювалось за допомогою доволі складної системи архітектурних розрахунків, що будувались на системі мір. В різні часи та в різних місцевостях використовувалися сім видів саженей: велика (149,46 см), сажень без четі (197,21 см), мірна (176,4 см), коса (216,04 см), пряма (152,76 см), трубна (187,08 см) та морська (184 см).
Усі види саженей займають положення основних геометричних ліній розрахункової таблиці давніх зодчих, що мала назву вавилон. Вавилони – це дощечки із зображенням схеми пропорційних відносин. Давні зодчі, що знали його властивості, могли відшукати усі необхідні пропорції майбутньої будівлі без складних розрахунків чи геометричних креслень. Співставлення знайдених на Русі вавилонів з обмірами архітектурних пам’яток та з системою мір виявило, що усі давньоруські міри, починаючи з периметра собору, його арок та куполів і аж до формату цеглини, що був розповсюджений у ХІІ ст., укладаються в графік вавилона із стороною в мірну сажень. Археологи неодноразово знаходили вавилони на місцях будівництва (зокрема, в Києві в 1972 р.). Таким чином, було розкрито таємницю дивовижної гармонійності архітектурний пам’яток Київської Русі.
Відомі й інші свідчення про існування попередніх розрахунків давньоруських споруд. Під час розкопок Десятинної церкви )Х-ХІ ст.ст.) в Києві в районі її будівництва було виявлено три печі для обпалу плінфи – особливого виду цегли. Біля однієї з них було знайдено зроблене на землі зображення трехнефного храму. Це зображення представляє фасад церкви в масштабі 1/75 від реального розміру центральної частини Десятинної церкви. Багато дослідників погоджуються, що цей ескіз було зроблено задля розрахунку кількості необхідної цегли та для підбору архітектурного рішення фасаду. Це перше креслення, що його було знайдено на місці будівельного майданчику. Воно є унікальною пам’яткою давньоруської будівельної техніки.
Основними конструкціями перекриттів були напівциркульні арки, коробові та купольні склепіння. У місцях, де зосереджувались зусилля від плит склепіння робили карнизи з шиферних плит. За допомогою глиняних горщиків-голосників, що вкладали в кладку в пазухах склепінь, одночасно полегшувалися конструкції та досягався високий акустичний ефект.
До речі, наші предки ніколи не цуралися вчення. Десятинну церкву, а пізніше й Софію Київську ( так само, як і Новгородську, і Полоцьку) будували візантійські архітектори. Але каменярі були свої: в Києві будували з місцевої плінфи, в Новгороді – з каменю. Навіть техніка кладки теж була не грецькою. В іноземних майстрів швидко з’являлися артілі місцевих учнів, які потім активно працювали у різних князівствах Русі. Іноземців запрошували й пізніше, наприклад, в Галичині взагалі працювали майже виключно заїжджі майстри: або поляки, або угорці, хоча власна артіль зрештою склалась. Один з найбільш відомих архітектурних ансамблів Давньої Русі – Боголюбово під Володимиром на Клязьмі, у тому числі й славетна церква Покрова на Нерлі – теж “чужа” робота: Андрію Боголюбському надіслав артіль “німців” союзний кесар – германський імператор Фрідріх Барбаросса.
До визначних інженерних споруд Київської Русі відноситься підпірна стінка, побудована Петром Мілонегом (1199-1200). Вона укріплює від руйнівних розмивів високий берег Дніпра, на якому стояв Михайлівський собор Видубицького монастиря. Петро Мілонег – великий архітектор храмів: на його рахунку такі шедеври, як церква св. Василя в Овручі та чернігівська церква Параскева П’ятниця. Він був особистим другом князя Київської землі (не Києва, бо видів в Овручі) Рюрика Ростиславича зі смоленських Мономашичів (1180-1194 рр. – в Овруче, 1194-1201 та 1205-1210 – Киев, 1210-1212 - Чернигов). На його замовлення Петро Мілонег, власне, й працював.
Оборонні споруди міст Київської Русі будували у вигляді насипаних земляних валів. Вали доповнювалися дерев’яною огорожею, оточувалися ровами, що їх наповнювали водою, проїзди захищались масивними воротами. Вали будували двох типів – без внутрішнього каркаса та з внутрішньою дерев’яною конструкцією. В обох випадках будівельники використовували прийоми, що забезпечували міцність та довгочасність будівлі. У валах без каркасу необхідна надійність досягалась зазвичай тим, що їх насипали шарами, кожен з яких добре трамбували. У будівництві широко застосовували пісок. Це свідчить, що у давнину вже знали про високу несучу властивість піску та про те, що насип, яка сформована шарами різних ґрунтів, після штучного ущільнення дає дуже малу усадку або навіть взагалі стає безусадочною. Тобто, глина, суглинок та інші ґрунти, що їх покладено шарами, повністю попереджають непружні деформації після ущільнення. Таким способом насипані вали навколо м. Володимира, дитинця та окольного граду Галича, городища Ступниця та др.
До другого типу належать вали, що містять всередині дерев’яні каркаси. Ці вали з часом перетворились на складні конструкції, що є потужними укріпленнями. Дерев’яні конструкції системи зміцнення земляних фортець застосовувались майстрами не лише на Русі, але й в інших народів (хоча з деякими особливостями). Наприклад, в валу Новгородського дитинця знайдено конструкцію з повздовжніх та перпендикулярних колод, що не скріплені один з одним; її міцність було розраховано на взаємодію глиняної засипки та лежней нижнього ярусу, тобто було укріплено не вертикалі, горизонталі валу. У верхньому ярусі лежнями розділялися шари різнорідної засипки. Подібна конструкція іноді називається польською, адже різні її види зустрічаються на теренах Польщі.
За всієї різнобарвності каркасів, що їх використовували на Русі, найбільш характерною для давньоруського фортечного зодчества була зрубна конструкція. Вона визначала самобутній характер руської будівельної традиції, була розроблена руськими “огородниками” у безлічі варіантів. Часто стінки зрубів рубилися “в ряж”, з проміжками. Такі зруби називають ряжами. Майстри використовували здатність зрубних конструкцій зберігати сталість навіть на базисі, що деформується, а у разі незначних деформацій не втрачати міцності та не раз рушатися. Зруби ХІ-ХІІ ст.ст. знайдено в укріпленнях новгородського острогу, давнього Мстиславу, поблизу Боголюбова тощо. Надзвичайною оборонною спорудою ХІ ст. був вал Ярослава Мудрого в Києві. Внутрішній каркас вала складався з дерев’яних зрубів, які заповнювали утрамбованим лесом. Зруби ставилися впритул один до одного, але не зв’язувалися між собою. Зруби мали однаковий розмір: по фасаду вала 6,7 м, впоперек вала 10,2 м. Кожен зруб складався з 12 окремих городень. Із зовнішнього боку вала розміщувалась додаткова дерев’яна конструкція у вигляді трьох зрубів, розміщених перпендикулярно до основи. Ця конструкція рятувала передній уклін вала від сповзання.
Найвідоміша частина Ярославова вала, що збереглася дотепер, це Золоті ворота. Фундамент Золотих воріт складено з валунів та колотого каменю. У дно навколишнього рову у відповідності до київської традиції було вбито три ряди дубових кілків. В проїзді воріт знаходились дві високі арки, по обидва боки від них – середні, а у самісіньких країв – низькі арки. Така система арок обумовлено конструкцією валу. Розпір арок, навантажених склепінням проїзду та надвратним храмом, що знаходився над ним, гасився за рахунок маси. Для цього п’яти арок були заглиблені відповідно нижче гребеня та схилів валу. Як показали дослідження, обміри зрубів у різних місцях валу співпадають, що дозволяє зробити висновок, що розміри зрубів у підошви вала тісно пов’язані з його висотою, а контур вала можна визначити по співвідношенню висоти арок та величини заглиблення їх п’ят за умови однакової величини заглиблення. Таким чином, при спорудженні вала вирішувався цілий комплекс складних механічних завдань. Зверху вал увінчували заборола (пусті кліті другого поверху), що слугували захистом для воїнів під час оборони міста.
Великої майстерності давніх будівельників вимагала побудова мостів. Літопис Х ст. згадує про мости в давніх руських містах Овручі та Василеві. В 1115 р. Володимир Мономах спорудив наплавний міст через Дніпр. Перші наплавні мости складалися з ряду плотів, човнів, барок з перекинутими через них балками, що тримали настил.
Говорячи про рівень інженерного мистецтва київської Русі, відмітимо наявність військової та оборонної техніки, що в усі часи в значній мірі концентрує в собі усі найновітніші досягнення інженерно-технічної думки та практики.
Давні літописи багаторазово згадують метальні машини. Довогнепальна артилерія – специфічний вид озброєння, що тісно пов’язаний з технікою облоги, тактикою штурму та оборони, що природно передбачає наявність майстрів з високими інженерними пізнаннями. Парші відомості про застосування слов’янами метальної зброї відносяться до ХІ ст. Це були машини, які метали каміння з пращ, закріплених на важелі з противагою. Вони могли метати великі камені, що летіли по навісній траєкторії. Візантійський історик Лев Дракон, що писав про русько-візантійську війну 968-971 рр., повідомляв про широке застосування військової техніки з обох сторін. В другій половині ХІІ ст. руські воїни використовували самостріл. Никонівський літопис (1159) згадує арбалет, а Іпатіївський – метальні пристрої (під 1184 р.). Час появи пороків можна віднести до ХІІ ст. У Львівській хроніці містяться відомості, що новгородські та полоцькі війська мали балісти, малі обложні машини (патерели) та великі обложні машини.
Конструкція метальних машин вивчена не надто ретельно, але відомо, що їхніх різновидів було багато. Це й легка механічна праща, праща важкого типу з противагою, каменеметний лук з повзуном чи без нього та інші. Основні частини облогових самострілів та пращ були дерев’яними. Луки самі по собі були складними за будовою: їх робили з кількох приклеєних шарів деревини різних порід, можливо, також з кістки. Сучасні дослідники класифікують метальні машини за принципом дії на два види:
У літописних записах застосовувався дуже схожий розподіл: дію пороків визначали словом “шибаху”, луків та самострілів – “стріляху”.
Цим видам машин відповідали два типи камнеметів – механічна праща (катапульта) та фортечний самостріл (баліста). У південно-західній Русі виготовляли машини, дія яких була заснована на силі тяжіння. Вони складалися з стійкої рами, до її верхньої частини кріпився нерівноплечний важіль, що обертався. Відношення плеч складало від 1:2 до 1:5. На довгому кінці важеля укріплювалася праща, на короткому – противага. Під час пострілу довга частина важеля стрімко підіймалася, праща розкривалася й камінь летів по крутій траєкторії. Виготовлення механічної пращі було важкою справою й потребувало професійних навичок. Дальність пострілу залежала від розміру машини, довжини пращі та важелю, ваги снаряду та противаги. Звичайна дальність метання – 150 м, рідше – 400-800 м; звичайна вага снаряду – 40-50 кг, рідше 100 кг. 1206 р. русичи вперше застосували патерели – метальні машини з пращею. Машина була легка, переносна, робилася з тонких жердин. Важіль пращі закріплювався в них на вертлюзі, що надавало можливість вести майже круговий обстріл, не пересуваючи машини. возможность вести почти круговой обстрел, не передвигая машины. На Русі застосовували й важкі катапульти (пороки, онагри), але переважно легкі та рухомі пращі (що інколи називали “порочними верененницями”).
Баліста чи самостріл – торсионні знаряддя, в яких важіль одним кінцем спирається на скручений пучок тятиви, потім за допомогою ворота відводиться в заднє положення. При цьому створювався значний крутячий момент, що при пострілі передавав снаряду потужній поступальній поштовх (якщо в катапульті камінь вилітав з пращі, закріпленої на кінці важеля, то в балісті – з жолоба, що знаходився між пучками тятиви). Потужність цих машин була доволі великою, дальність польоту снаряда іноді досягала 300-500 м. Станкові самостріли мали балістичні переваги – з них можна було вести прицільний вогонь по оборонним та облоговим спорудам та по живій силі. Такий самостріл – найдосконаліша машина руської метальної техніки.
Центрами “дерев’яної артилерії” можна вважати будь-які більш-менш великі міста Київської Русі. Галицько-Волинський літопис ХІІІ ст. згадує застосування пороків, наприклад, під час штурму татаро-монгольськими військами столичного Києва та Холма, резиденції князя Данила Галицького. Серед міських ремісників були “порочні майстри”, які окрім теслярства мали знати балістику, геометрію, вміти робити складні розрахунки дії знарядь.
На прикладі розвитку руської метальної техніки яскраво помітною є загальна риса розвитку будь-якою станкової метальної зброї – принцип її дії запозичений з принципів дії аналогічної ручної зброї. Баліста та катапульта в певному сенсі є просто збільшеним варіантом лука та пращі. Такою є загальна лінія еволюції до вогнепальної артилерії.