Иван Петрович Кулибин

21 апреля 2005 года (10 апреля по старому стилю) исполнилось 270 лет со дня рождения великого “механика - самоучки” Ивана Петровича Кулибина.

Прежде всего, поговорим об этом устоявшемся штампе - “механик - самоучка”. В 18 веке словом “механика” по сути дела обозначалось экспериментальное естествознание, в то время как его теоретическая часть именовалась “математикой”. В этом смысле Кулибин, безусловно, был механиком. Еще в период своего самообучения в Нижнем Новгороде он сразу после освоения часовой механики, параллельно с работой над подарочными часами “яичной фигуры” разобрал, тщательно изучил и повторил попавший ему в руки микроскоп. При этом он сумел выяснить состав используемого в линзах стекла, составить шихту и научился его варить. Затем он занялся рефлекторным телескопом, определил по отражению солнечных лучей фокусы зеркал, создал шлифовально - полировальный станок и научился делать телескопы. В бытность Кулибина в Петербурге “в моду” вошли электрофорные машины. Иван Петрович не только изготовил для Академии наук самую большую по тем временам электрофорную машину, но и выпускал в мастерской Академии для великосветских любителей науки карманные электрофоры. Вот такой механик он был. Кстати говоря, те самые часы “яичной фигуры” в полдень исполняли гимн императрице, сочиненный все тем же механиком, а в полночь - его же сочинения стих.
Теперь несколько слов о самоучке. А у кого можно научиться делать то, что никто в мире делать не умеет? Кулибин очень много читал, еще больше экспериментировал и на этом учился. Заведуя мастерскими Академии наук, он много и плодотворно работал с Эйлером. Это было почти идеальное сочетание экспериментатора с теоретиком. Эйлер теоретически решает задачу ахроматических линз, Кулибин эти линзы делает. Кулибин для расчетов своего моста равномерно развешивает гирьки на бечевке, получает то, что впоследствии назовут цепной линией, и, перевернув ее вверх ногами, получает профиль арки моста. Эйлер в течение года обрабатывает эти результаты и получает уравнения, применяемые и до сих пор. Это сотрудничество было обоюдно полезно, и именно поэтому Эйлер не раз пускал в ход свой авторитет, немалый и во всем мире, а особенно в “ксенофильной” (с легкой руки Петра и его немецких преемников) России, когда Кулибин очередной раз ссорился с всесильной тогда Дашковой.
Кстати говоря, характер у Ивана Петровича был далеко не подходящим для великосветских кругов, общения с которыми ему, по должности, все-таки не удавалось избегать. Во времена париков и гладковыбритых вельможных лиц приходить во дворцы с собственными, расчесанными на пробор, волосами, с бородой и в одежде простолюдина, для этого нужна была немалая смелость. Но человек, отказавшийся от предложенного императрицей дворянства потому, что нужно было сбрить бороду, вполне очевидно, был не робкого десятка и не переутомлял свою спину поклонами. К примеру, когда комендант Петропавловской крепости потребовал срочного ремонта покосившегося шпиля, Кулибин пришел в крепость с отвесом и продемонстрировал, что покосился не шпиль, а притолока двери комендантского дома, через которую комендант смотрел на шпиль. Надо полагать, что этот эпизод вряд ли вызвал у коменданта теплые чувства. Тем не менее, и Екатерина, и ненавидевший ее (а, следовательно, и ее приближенных) Павел, и Александр неизменно удовлетворяли прошения Кулибина и в части расходов на эксперименты, и на личные нужды. Не всегда щедро, но Кулибин никогда и не просил лишнего.
Очевидно, его заслуги и авторитет в обществе были таковы, что даже не любившие его хитроумные на всякие козни царедворцы ничего, кроме мелких укусов, не могли поделать. Приведем здесь документально зафиксированный эпизод, который произошел на празднике у Потемкина:
"Как только Суворов увидел Кулибина на другом конце зала, он быстро подошел к нему, остановился в нескольких шагах, отвесил низкий поклон и сказал:
- Вашей милости!
Потом, подступив к Кулибину на шаг, поклонился еще ниже и сказал:
- Вашей чести!
Наконец, подойдя совсем к Кулибину, поклонился в пояс и прибавил:
- Вашей премудрости, мое почтение!
Затем он взял Кулибина за руку, спросил его о здоровье и, обратясь ко всему собранию, проговорил:
- Помилуй бог, много ума! Он изобретет нам ковер-самолет!"
Далее мы просто перечислим известные нам работы Кулибина без особых комментариев. Следует только помнить, что касающиеся Кулибина архивные документы изучены, мягко говоря, весьма неполно и ждут еще своего исследователя.

Рис. 1. Анкерный узел часов “яичной фигуры”.
Уже в часах “яичной фигуры”, размером "между гусиным и утиным", в которых и без того разместился и бой, и гимн, и стихи, и театр, Кулибин применил оригинальное анкерное устройство (рис. 1). А в "планетных боевых карманных часах" в 1798 г. он применил изобретенный им "наподобие баланса Арнольда" монометаллический баланс с "тепломерами", обеспечивающими температурную компенсацию хода часов (рис.2). Аналогичная конструкция вновь предложена П. Дитисгеймом в 1921 г.

Рис. 2. На этом рисунке приведена выкопировка рисунка Кулибина с его собственными пояснениями.
Кулибин пишет: "Вырезать две частицы такой длины, чтобы свободно было из них по 1000 в цыркульной линии помянутой рыси", которую описывают двуметальные частицы при своем движении. Вся конструкция должна быть "неразъемной", а поэтому все ее части должны быть "спаяны". "А как все приборы будут спаяны, выточены и вышлифованы, то посему от равного и гладкого хода в воздухе фальшивить не должны". В то время термокомпенсацию применял только английский механик Арнольд, который привинчивал к балансу биметаллические пластинки. Эта конструкция обеспечивала термокомпенсацию до первой встряски.
Приведем еще одну цитату. 19 февраля 1779 года в "Санкт-Петербургских ведомостях было напечатано известие:
"Санкт-Петербургской Академии наук механик Иван Петрович Кулибин изобрел искусство делать некоторою особою вогнутою линиею составное из многих частей зеркало, которое, когда перед ним поставится одна только свеча, производит удивительное действие, умножая свет в пятьсот раз противу обыкновенного свечного света и более, смотря по мере числа зеркальных частиц, в оном вмещенных".

Рис. 3. Фонарь Кулибина.
Фонарь (рис. 3) был одобрен Академией наук и не только выпускался серийно и пользовался таким большим спросом, что его начали подделывать и выпускать "контрафактно", как говорится в наше время.Серийно выпускались и уже упоминавшиеся карманные электрофоры (рис. 4).

Рис. 4 Карманная "электрофорная машина". Пояснения написаны И. П. Кулибиным.
Хотя научная ценность великосветских "научных" экспериментов равнялась нулю, их популярность в высшем свете способствовала привлечению внимания к новому направлению в физике и физике вообще.
Выпускались сконструированные Кулибиным протезы. Свою первую работу Кулибин выполнил для артиллерийского офицера Непейцина, потерявшего ногу, ампутированную выше колена, при штурме Очакова. Благодаря системе связанных между собой шарнирных параллелограммов, сгибавших протез в коленном и голеностопном суставах в зависимости от положения бедра, после освоения протеза, Непейцин и другие, пользовавшиеся этими протезами, могли на них "ходить смело и без трости".
"…Хотя оная нога была сделана и не с такими преимуществами, как здесь представляемая, но и на ней, обувшись он в сапоги, на самый первый случай с тростью пошел, садился и вставал, не прикасаясь до нее руками и без всякой посторонней помощи".
По проекту и под руководством Кулибина на Волге для доставки соли из озера Эльтон строились в период с 1782 по 1804 годы "водоходы", двигавшиеся против течения силой самого течения (см., например, рис. 5; правда, еще при жизни автора казна продала водоходы в частные руки, а для купцов неграмотные бурлаки обходились дешевле механиков, необходимых для обслуживания по тем временам технически сложных судов).

Рис. 5. "Водоход" (третья - одновальная - модель)
Оригинальной конструкции гребные колеса (рис. 6) вращались течением и приводили в движение вал, наматывающий на себя трос от завезенного вверх по течению якоря, и двигали судно вверх по реке. Суда строились с двумя (двухвальные) и тремя (трехвальные) парами колес. Уже после смерти Кулибина подобные суда двигались, протягивая через себя цепь, проложенную по дну реки.

Рис. 6
Для рек со слабым течением Кулибин спроектировал судно на конной тяге, в котором лошади шли по закольцованному помосту и приводили во вращение намоточный вал. Но такое судно было построено уже после смерти Кулибина.
Крупными партиями в руководимых Кулибиным академических мастерских изготавливались телескопы, астролябии и другие измерительные приборы для нужд Академии и организуемых ею экспедиций.
В единичных экземплярах были изготовлены дворцовый лифт для престарелой Екатерины II, отличавшийся не только особой плавностью хода, но и уникальными устройствами аварийной блокировки, "самобеглая коляска", большая электрофорная машина, световой телеграф с оригинальным, очень экономным кодом, благодаря которому депеша из Зимнего дворца доходила до Варшавы за 15 минут, безплотинная водяная мельница и многое другое.
Совершенно особое место занимает уникальный проект однопролетного деревянного моста через Неву (рис. 7), построенный в виде опытного образца в 1/10 натуральной величины.

Рис. 7. Предполагаемый вид моста через Неву.
Хорошо виден береговой упор несущей арки.
Модель была установлена над одним из каналов в Таврическом саду и успешно эксплуатировалась в течение 40 лет. Расчеты Кулибина основывались на результатах большого количества экспериментов, которые дали потом материал Эйлеру для разработки методики пересчета грузоподъемности моста с модели на натурный образец.
Кулибин получил профиль несущей арки моста, перевернув профиль равномерно нагруженной веревки (он получил цепную линию, еще не зная, что ее так назовут впоследствии). На рисунке 8 приведены некоторые из приборов Кулибина, построенные специально для экспериментов при проектировании моста. С помощью этих приборов, многих других экспериментов он получил результат, о котором Санкт-Петербургские ведомости писали:
"Оный Кулибин в 1773 году дошел сам собой до тех правил, чтобы узнавать по модели, может ли настоящий мост снести собственную свою тягость и сколько может понести постороннего груза. Сии правила совершенно явились сходны с теми, кои после произвел из механических оснований славный г. Эйлер, здешний академик, и кои напечатаны в календаре с наставлениями на 1776 г. и внесены в Академические комментарии"

Рис. 8. Экспериментальные установки Кулибина.
Понимая недолговечность дерева, как материала, Кулибин проектировал металлические трех пролетные и четырех пролетные мосты, хорошо понимая, что казна их еще "не потянет", что это задел на будущее. И действительно, мост им. Петра Великого (Охтинский) и внешне, и по конструктивной схеме очень похож на кулибинские пректы.