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只知道蒙娜丽莎?这些珍贵的手稿带你认识作为工程师的达芬奇

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基于对实践工程学的理解,列昂纳多·达·芬奇的职业非常类似于现在的顾问工程师角色。他对力学的研究加强了对抽象工程学问题的思考能力,在绘画方面的天赋也推动了自身在工程学方面的创意。图为城市街道两层规划方案,将货物及运载车辆道路与人行道及轻型交通道路区分开来。

图为他设计的乌尔比诺镇排水系统草图。

我们有幸通过列奥纳多保留下来的草图直接看到列奥纳多当时的想法。不同于先前的人们,他考虑了重力的非垂直力及垂直力。他通过这些概念创作实验,展示简单屋顶结构和各个高度的砌体拱券的外向推力。本图描绘了拱券的向外推力。

本图描绘了砌筑拱券拱石承载的不同力度。他明白拱券拱石的厚度对其稳定性的作用,并利用其对平衡力的理解指导并均衡米兰大教堂穹顶及拱形屋顶的推力。

本装置草图描绘了抗张强度随铁丝长度变化的测试。列奥纳多手稿中遍布许多小插图,可见他知晓建筑相关的各类基础结构行为。每幅插图,用现在物理学家的话说都是一次“思维实验”,或以数字形式,更多以重量形式(以不同尺寸表示)显示了变形因素与荷载的相对值。

达芬奇用图形的方法展示了如何计算附有重物的倾斜绳索的力。

手绘图展示了单个屋顶结构的横向推力。

关于砌筑拱顶平衡性的示意图。亚里士多德及其他希腊科学家先前已经知晓杠杆或平行物中的静力平衡概念,但是列奥纳多是第一位以图形方式表达自己理念的人,他用线条表达力的大小和方向。不同于先前的人们,他考虑了重力的非垂直力及垂直力。

砌筑穹顶结构草图,图画左半部分的重要点通过针刺方式在原稿中进行了标记,此处用橘色线条描绘出来以便观看。

这一草图展示了梁挠度随荷载应用点、荷载本身及其长度厚度的变化情况。列奥纳多对工程科学的理解及实践远远超出了他所在的时代。对他而言,这些理解及实践似乎是哪些明确要着手做的事情的成果。然而,他并没有在欧洲某些大学发展起来的正式的数学和科学的课堂上习得这些知识。

草图展示了荷载及梁长之间的关系。他在解决实际问题,而不是试图创立一门知识体系或工程科学认识论。列奥纳多没有编著他所筹划的建筑方面的专著,因此我们无缘看到列奥纳多关于中世纪工程学时期的专著。

此草图展示了偏心荷载柱的弯度。列奥纳多给我们留下了5300幅配有注释的图纸与设计(还有大量其它遗失部分),以现在专业说法讲,他给我们创造了以独特视角探索首位知名设计师技艺的机会。

此草图展示了梁强度与其长度及类似梁数量之间的关系。列奥纳多的笔记既记录了所观察到的事物,也记录了他的想象,他在两者之间轻松切换,在纸上测试、发展工程学概念时,他用草图表达并延伸了他的思维。这与当今工程师、建筑师、或产品设计师的随笔集极其类似。

草图展示了拟弯曲梁上侧面的延展情况,以及下侧面的压缩情况。列奥纳多绘制了大量草图,用以展示梁的弯曲度,以及随着梁尺寸变化弯曲挠度和力度的变化方式。

本图展示了柱子抗弯强度与长度的关系。

草图展示了门框柱式结构的弯度。实践、实验方法贯穿着列奥纳多整个事业生涯,正是这些方法助其开发了新知识。列奥纳多将这一方法应用到多个工程学学科当中。例如,通过对小鸟飞行的仔细观察,他总结道:为了达到飞行平稳性,升力中心需与重力中心相一致,他借此知识发明了大量飞行机器。

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