June 8th, 2014

"Когда человек сжимает землю." Часть I.

Поучительная история о том, как спор о форме Земли привел к постройке кораблей с использованием достижений науки. Часть I.

Мы уже упоминали о Жане Буге, и его сыне, Пьере. Сейчас мы остановимся именно на втором, благо – паренек был мозговитый, и события, с ним случившиеся имели довольно большие последствия.
Итак, Пьер Буге родился в 1698 году в Круазеке, в семье уже упоминаемого нами Жана Буге и Мари-Франсуа Жюссо. В математике мальчик был очень силен,  в иезуитском колледже в Нанте в 13 лет он на спор фактически опозорил профессора Фуго, указав ему на неправильное решение задачи, и предложив свое, оригинальное и правильное решение.
В 1714 Пьер защитился и начал преподавать географию и гидрологию в Школе Навигации в Круазеке (кстати, курсы эти были организованы для шкиперов ТОРГОВОГО ФЛОТА, длительность их была - 1 год, и принималось конкретно в эту школу до 200 человек на новый учебный год. Это к вопросу о том, была ли наука во Франции "вещью в себе", или внедрялась в массы). Вобщем, так бы все и шло, если бы не знакомство с известным физиком и математиком Жан—Жаком Дорту де Мераном, членом-корреспондентом Французской Академии наук и почетным членом Петербургской Академии наук. Меран способствовал появлению и нескольких следующих сочинений Буге, выполненных на темы, заданные Академий наук — «Сравнение силы света Солнца, Луны и многих свечей» «О корабельных мачтах», «О лучшем методе наблюдения высоты звезд над уровнем моря», «О лучшем методе слежения за колебаниями компаса в море». Эти публикации дали Пьеру помимо признания и неплохую финансовую подпитку – 2000 ливров премии (при зарплате в 1000 ливров в год).



К 1730 году Буге был признан научным сообществом как солидный ученый, тогда же он впервые встретился с секретарем по флоту Жаном-Фредериком де Филиппо, графом де Морепа (те, кто читал «Флот Людовика XV», конечно же помнят его). По заданию графа математик занялся изысканиями по сопротивлению морской и воздушной среды, распределение нагрузок в разных средах (прежде всего в древесине и волокнах растительного происхождения), а так же остойчивости судна. Результатом этих работ стала теория остойчивости судна и было введено понятие метацентрической высоты, без расчета которой сейчас не строится ни один корабль. Теория эта гласила, что метацентрическая высота при бортовой качке есть расстояние между поперечным (малым) метацентром и центром тяжести судна. Метацентром же Буге положил считать центр кривизны траектории, по которой перемещается центр величины, то есть центр плавучести подводной части корабля. При килевой качке метацентрическая высота – это растояние между продольным (большим) метацентром и центром тяжести судна. Понятно, что чем выше значение метацентрической высоты – тем большая остойчивость у данного корабля.



Для чего же нужны были эти исследования? Знатоки военно-морской истории помнят английский галеон «Мери Роуз», затонувший в 1545 году в проливе Солент, или шведский «Ваза», легший на борт в Стокгольмской гавани. Все эти корабли обладали плохой остойчивостью, и как следствие – малой (вернее будет сказать – недостаточной для своих размеров) метацентрической высотой. С другой стороны – экспериментальным путем было доказано, что лучшая остойчивость у кораблей с квадратной формой сечения корпуса, но такие корабли плохо управляются и имеют малую скорость. Вобщем, речь шла об оптимальном показателе метацентрической высоты и о форме корпуса судна.
В Гавре по чертежам Буге для проверки его теории был заложен 18-пушечный фрегат «Газель» (построен в 1734-м), и этот корабль можно считать ПЕРВЫМ ПАРУСНЫМ СУДНОМ, построенным не «на глазок», а в соответствии с принципами и законами науки. Буге в своем сопроводительном письме предлагал СНАЧАЛА проектировать, и лишь ПОТОМ строить судно в соответствии с научными методами, а не опираясь лишь на опыт предков.
Письмо ученого было прочитано, но выводов не сделано. Тем более удивительно, что дальнейшие исследования в области корабельной архитектуры Буге вел в горах Перу, где в принципе нет не только морей, но и озер. Но об этом чуть позже.

Пояснение к предыдущему посту

Прежде всего надо понять, как строились корабли в 16-18 веках, до Буге. Естественно, при строительстве использовались достижения математического анализа и геометрии, некоторые части корабля проектировались заранее, очень серьезно относились к распределению грузов на судне, и заранее просчитывали такие параметры как вместимость или размерения.
НО. Есть существенное НО. Основой постройки служили не чертежи, а уменьшенная в несколько раз реплика строящегося корабля. Ее проверяли в специальных бассейнах, и она служила основой для постройки собственно самого корабля. Уже после постройки основного шипа с реплики снимались чертежи, которые уходили в архивы морского департамента, а сам корабль ставился на испытания.
Неудивительно, что реплики и сами корабли могли сильно отличаться по ходовым характеристикам, остойчивости, форме корпуса и т.д. То же самое касалось и кораблей, запущенных в серию. Например по воспоминаниям современников 32-пушечный «Констант Варвик» имел большую скорость, а вот его собраться, построенные по его образу и подобию – скорость гораздо меньшую.
К концу XVII века для малых судов смогли наладить даже взаимозаменяемость и стандартные ЗИПы (желающих узнать об этом побольше отправляю сюда: http://galea-galley.livejournal.com/12412.html) , но вот с кораблями такое не прокатывало, как и из-за неразвитого еще складского и учетного дела, и из-за дороговизны такого нововведения, так и из-за отсутствия научной базы по этому направлению.
Получалось, что правительство как заказчик часто сталкивалось с таким феноменом – построенный подрядчиком корабль не обладал в должной мере нужными характеристиками, то есть либо имел меньшую, нежели требовалось, скорость, либо плохую остойчивость, либо рыскал при слабом ветре, и т.д.
Конечно же, корабль отсылали на доводку – дорабатывали корпус, перераспределяли грузы и вооружение, меняли мачты или такелаж, и в результате появлялись номинально 70-пушечные корабли которые не могли нести более 62 пушек (из-за угрозы дифферента или крена); появлялись фрегаты, совершенно непонятно ведущие себя при нормальном ветре (читавшие О’Брайана понимают, о чем я говорю), корабли, плохо слушающиеся руля и т.п.
Естественно такая ситуация на устраивала ни заказчика (государство), ни тех, кто эти корабли потом эксплуатировал (военно-морской флот). Тем более, когда по канонам линейной тактики вся армада кораблей должна была идти в кильватерном строю с одинаковыми промежутками между мателотами, и производить одинаковые маневры во время боя, что как раз подразумевало примерно одинаковые характеристики, вооружение, маневренность и т.д.

"Когда человек сжимает землю." Часть II

Ну а далее Буге оказался в центре споров по форме Земли. На тот момент существовало две точки зрения модель создания вселенной и планеты Земля – Декарта и Ньютона. Рене Декарт был родоначальником теории эфира – некой неосязаемой материальной субстанции, через которую более плотные материальные тела могут воздействовать друг на друга. Декарт предположил, что частицы эфира находятся в постоянном движении. А поскольку пустого пространства для движения частиц не существует, он заключил, что они движутся, занимая места, освобожденные другими частицами эфира, которые тоже находятся в движении. Таким образом, движение отдельной частицы эфира включало в себя движение замкнутой цепи частиц, а движения этих замкнутых цепей образовывали вихри, которые выполняли важную функцию в его картине Вселенной. Согласно этой теории замкнутости вихрей эфира Земля имела сфероидную форму и была вытянута около полюсов, и сплющена в районе экватора.

Противоречила Декарту теория Гука-Ньютона, которая утверждала, что поскольку земля вращается, она не может иметь сферическую форму, это эллипсоид, сплющенный на своих полюсах, и растянутый в районе экватора. Гук справедливо раскритиковал Декарта, доказав на основе волновой теории, что в случае справедливости картезианских вихрей Земля должна была бы иметь не сферическую, а цилиндрическую форму.

5768

Но если бы все только ограничивалось спорами и погоней за грантами среди ученых мужей! Знание истинных размеров Земли помогало бы навигации кораблей, и помогло бы в известной мере решить проблему долготы (читатели mos_art конечно же помнят, что в 1714 году английский Парламент опубликовал закон о Долготе, предложив решившим эту проблему 20 тысяч фунтов стерлингов, или 1.4 млн. $ в ценах 1991 года).

Именно этой проблемой решил заняться военно-морской министр Морепа. Идея была проста – в три достаточно удаленные точки мира высылаются научные экспедиции, которые измеряют длину градуса меридиана, и используя систему триангуляции (когда линейная протяженность большой дуги на поверхности Земли измеряется через систему последовательно сопряженных треугольников) измерить дугу в заданном квадрате.

Поскольку одним из мест наблюдения была выбрана собственно Франция – надо было организовать две экспедиции, что и было сделано к 1735 году. В Лапландию В Лапландию (66 град. с.ш.) отправились Пьер Мопертюи и Алексис Клеро, а в экваториальную Америку, в Перу – группа ученых под руководством Буге и де ла Кондамина. Нас более интересует вторая экспедиция.

Для того, чтобы заняться научными изысканиями в Южной Америке, нужно было договориться с Испанией. Морепа начал переговоры в 1734 году, к 1735-му удалось получить разрешение госсекретаря Хосе Патиньо Розалеса о возможности отправки экспедиции в вице-королевство Перу. Надо сказать что Буге, известный в ученом мире больше как математик, а не как астроном или геометр, был всецело креатурой руководства французского флота. Его кандидатуру поддержали Рене Дюгэ-Труэн, с которым Буге участвовал в средиземноморском походе к Алжиру, и малоизвестный тогда вернувшийся из Англии Франсуа-Мари Аруэ Вольтер, который переписывался с Буге, и даже заработал благодаря разработанной Пьером математической схеме довольно большие деньги в лотерее. Буге сам и набирал состав экспедиции. Туда, помимо Кондамина входили Жан-Луи де Моранвилль, инженер-чертежник с тулонских верфей; Теодор Юго (Hugot), часовых дел мастер и технолог; Жан Годен дес Одоне, бакалавр медицины; Жозеф Куле де Вигье, казначей Парижской Академии наук; Николя Купле де Тартро, брат Жозефа, геолог, уже участвовавший в экспедициях в Южной Америке. По просьбе испанцев включили еще двух человек: первый - Хорхе-Хуан де Сантасилья, 22-летний гардемарин Испанской Морской Академии Севильи, гений в математике; второй – лейтенант испанского флота 19-летний Антонио де Улоа и де ла Тоне-Гуараль, одаренный в естественных науках.

В апреле 1735 года из Рошфора вышел в море 44-пушечный «Портефе», разоруженный до состояния en flûte, и заполненный грузами прикладного назначения. 11 мая экспедиция прибыла в Пти-Гоав, французскую колонию Сан-Доминго, и, пополнив запасы, вышел к Картахене дас Индиас, куда уже прибыли 70-пушечный испанский «Конкистадор» (с Хорхе-Хуаном де Сантасильей на борту), и 58-пушечный «Инцендио» (везущий из Гаваны Антонио де Улоа и де ла Тоне-Гуараль).

Начало для французов было не особо веселым – Годен, любитель женского пола, мучащийся от спермотоксикоза, страшно зажег на Сан-Доминго и Мартинике, растратив почти всю казну экспедиции[1]. В результате Буге был вынужден ссадить его, и в Картахену в ноябре 1735 года французы приплыли с пустыми карманами.




[1] По другой версии деньги растратил его отец, который думал что его, а не Буге назначат руководить экспедицией.