Научная статья на тему 'Начертательная геометрия и техническая графика в творческой деятельности инженера, учёного и педагога А. А. Бетанкура (1758–1824)'

Начертательная геометрия и техническая графика в творческой деятельности инженера, учёного и педагога А. А. Бетанкура (1758–1824) Текст научной статьи по специальности «Народное образование. Педагогика»

CC BY
66
43
Поделиться

Текст научной работы на тему «Начертательная геометрия и техническая графика в творческой деятельности инженера, учёного и педагога А. А. Бетанкура (1758–1824)»

95

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения_

Н. А. Елисеев

кандидат технических наук, доцент кафедры «Начертательная геометрия и графика» ПГУПС

НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ГРАФИКА В ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНЖЕНЕРА, УЧЁНОГО И ПЕДАГОГА А. А. БЕТАНКУРА (1758-1824)

С древних времён для передачи графической технической информации инженеры использовали различные способы изображения, которые позволяли наглядно показывать предметы, т. е. способствовали появлению в воображении человека образа, наиболее приближающегося к изображаемому объекту.

Уже к середине XVIII века трудами западно-европейских учёных А. Дюрера (1471-1528), Ж. Дезарга (1593-1661), Р. Декарта (1596-1650), Ф. Фрезье (1682-1773) и других геометров были разработаны теоретические предпосылки для создания графической науки, отвечающей требованиям развивающегося общественного производства [1].

Одним из главнейших событий, определивших дальнейшее развитие методов изображения, явились лекции французского геометра Г. Монжа (1746-1818) по начертательной геометрии в Нормальной высшей школе в Париже, которые автор «впервые напечатал в 1795 г. в «Journal des ecoles normales», тт. I-IV, под заглавием: «Lecons de geometrie deskriptive, donnees a l'Ecole normale, publiees d'abord en feuilles, d'apres les stenographes»» [2, с. 271]. Первое полное издание этих лекций появилось в 1798-1799 гг. под заглавием «Geometrie Descriptive» («Начертательная геометрия»).

Г. Монж подчёркивал, что начертательная геометрия «...имеет две главные цели.

Первая - точное представление на чертеже, имеющем только два измерения, объектов трёхмерных, которые могут быть точно заданы.

Вторая цель начертательной геометрии - выводить из точного описания тел всё, что неизбежно следует из их формы и взаимного расположения. В этом смысле - это средство искать истину; она даёт бесконечные примеры перехода от известного к неизвестному.» [3, с. 10].

Становление начертательной геометрии ознаменовало большие прогрессивные изменения в инженерном деле. Без знания этой науки уже немыслимо было высшее техническое образование: «.это язык, необходимый инженеру, создающему какой-либо проект, а также всем тем, кто должен руководить его осуществлением, и, наконец, мастерам, которые должны сами изготовлять различные части» [3, с. 10].

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008

96

Материалы Международной научно-практической конференции

Новая наука, включающая в себя по программе Г. Монжа [3, с. 9-12] не только теорию и разделы из прикладной области: теорию перспективы, теней, тушёвки и черчение, но также элементы строительного искусства, общей теории машин, стала быстро распространяться во Франции, а затем и в других странах Европы.

Конец XVIII - первая половина XIX века - начало «эры пара», время технической революции и перехода к машинному производству. Развитие общественного производства требовало изучения машин, развития наук, определяющих становление машиностроения. Возникла насущная необходимость серьёзного анализа и систематизации существующих машин. В высших технических учебных заведениях Европы началось формирование теоретического и практического курса построения машин.

Важное значение для развития теоретической и практической механики и теории построения машин в конце XVIII - первой четверти XIX века играли работы Я. Лейпольда «Театр машин», Ш. О. Кулона «Теория простых машин», Г. Монжа «Курс статики», Ж. Л. Лагранжа «Аналитическая механика», Х. М. Ланца и А. А. Бетанкура «Курс построения машин», С. Д. Пуассона «Курс механики», Ж. В. Понселе «Курс механики в применении к машинам» и «Введение в промышленную, физическую и экспериментальную механику» и др. Начался прогресс механики в тесной взаимосвязи с кинематикой, статикой, термодинамикой, оптикой и другими разделами физики, а также математикой и начертательной геометрией.

Мысль о том, что форма (фигура) объектов, количество (размеры) и движение - первичные, или физически основополагающие свойства материи, была высказана Г. Галилеем (1564-1642) ещё в XVII веке [4, с. 130]. Эти свойства объектов реальны, поддаются чувственному восприятию человека и, следовательно, могут быть положены в основу их изучения. Великий учёный Л. Эйлер (1707-1783) первым высказал идею о том, что в машинах главное не равновесие, а движение, следовательно, и изучать необходимо динамику машин.

Основываясь на этих принципах, значительный вклад в науку о машинах внёс Г. Монж [5], [6], [7]. Им было определено геометрическое направление в изучении и развитии механики машин, основанное на идее движения и преобразования движения элементарными механизмами, которое он начал в Мезьерской школе Королевского инженерного корпуса, талантливо продолжил в Национальной школе мостов и дорог в Париже и закрепил в Центральной школе общественных работ (впоследствии Парижской политехнической школе), которую он основал.

Ученики и последователи Г. Монжа: Ж. Н. П. Ашетт (1769-1854), Н. Л. С. Карно (1796-1832), Ж. В. Понселе (1788-1867), С. Д. Пуассон (1781-1840) и другие талантливо развили идеи своего учителя относительно исследования, классификации и конструирования машин.

Январь-февраль 2008

Proceedings of Petersburg Transport University

97

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения

Одним из учеников Г. Монжа, поклонником его геометрических идей и продолжателем науки построения машин был Агустин Хосе Педро дель Кармен Доминго де Канделярия де Бетанкур-и-Молина (Августин Августинович Бетанкур), получивший прекрасное образование в Королевском учебном заведении и Академии изящных искусств в Мадриде, в Парижской национальной школе мостов и дорог.

Полученное прекрасным художником А. А. Бетанкуром дополнительное графическое образование в Парижской национальной школе мостов и дорог на основе теории начертательной геометрии способствовало дальнейшей его научной и инженерной деятельности.

В это время начертательная геометрия уже стала одной из основных инженерных наук. Методы изображения всё шире применялись в специальных инженерных дисциплинах для решения практических задач как приложения начертательной геометрии, давая достаточно точные, но самое главное - наглядные решения. Эта наука стала в какой-то мере объединять многие разрозненные технические дисциплины [8].

Начертательная геометрия в сочетании с другими разделами математики использовалась учёными и инженерами как инструмент исследования [10, с. 30-123], а графические дисциплины (черчение, рисование) - как наилучший способ визуализации результатов исследований.

Техники при выполнении двухпроекционного чертежа инженерной конструкции точно соблюдали масштаб и выполняли собственные и падающие тени при раскраске чертежа, которые придавали изображению большую наглядность и измеряемость, заменяя третью проекцию объекта (рис. 1) [11].

Размышляя о продолжении развития науки о построении машин, можно сказать, что если Г. Монж и Ж. Н. П. Ашетт заложили основы науки о машинах, то работа А. А. Бетанкура (совместно с Х. М. Ланцем (1764-1833)) «Курс построения машин» (Париж, 1809) значительно раздвинула область её применения, чему способствовали талант инженера и его геометро-конструктивные представления о машинах и механизмах, а также прекрасное знание физики и математики.

Во время путешествия А. А. Бетанкура по Англии в 1788 году, где в этот период была хорошо развита практическая механика и он собирал всевозможные передовые технические идеи, которые можно было бы применить в Испании и Франции, им была выполнена уникальная работа.

При осмотре паровой машины двойного действия Уатта, применяемой на мельнице у моста Чёрного монаха в Лондоне, инженер Бетанкур по внешней форме корпуса машины, почти полностью закрытого кирпичным кожухом, и ряду физических признаков её работы установил принцип действия машины, выполнил необходимые чертежи (рис. 2, 3) и самостоятельно построил паровую машину двойного действия [9, с. 83].

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008

98

Материалы Международной научно-практической конференции

Рис. 1. Механическое устройство для подъёма судов. А. А. Бетанкур, 1808 г.

Рис. 2. Паровая машина двойного действия Уатта. А. А. Бетанкур, 1788 г.

Январь-февраль 2008

Proceedings of Petersburg Transport University

99

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения

Рис. 3. Чертёж, показывающий принцип работы паровой машины.

А. А. Бетанкур, 1789 г.

И это был не единичный случай. Второй раз при поездке в 17931796 годах в Англию А. А. Бетанкур опять только по внешнему виду машины сумел выполнить чертёж гидравлического пресса Д. Брамаха, на который в 1797 г. во Франции совместно со своим другом Перье получил патент для его промышленного использования.

Работы Ланца и Бетанкура, Монжа и Ашетта по синтезу формы, тесно увязанной со структурой машины и передаваемым элементарными механизмами движением, на основе геометрического анализа (рис. 4) определили содержание и дальнейшее развитие не только курса построения машин, но и начертательной геометрии.

Именно в Парижской политехнической школе программа элементарного курса машин была частью курса начертательной геометрии, и учащиеся должны были обязательно при изучении теории основных машин выполнять чертежи с применением теории теней и раскраски с объяснением принципа их действия. «Требование, столь характерное для педагогической школы Монжа, суть которой можно выразить несколькими словами: цель всякого обучения - подготовка к практической деятельности» [7, с. 129].

Осмыслению и совершенствованию методов изображения - перспективы и ортогональных проекций - способствовали создаваемые техниками модели и чертежи машин и механизмов, собираемые А. А. Бетанкуром -директором Королевского кабинета машин в Мадриде - и используемые для обучения слушателей Школы мостов и каналов, основанной им в

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008

100

Материалы Международной научно-практической конференции

1802 году. К этому времени в Кабинете машин насчитывалось 271 модель и 327 чертежей, выполненные либо самим Бетанкуром (рис. 5, 6), либо другими художниками или инженерами по его изобретениям.

Не менее успешно использовал инженер Бетанкур различные методы изображения в строительном деле (рис. 7-9).

Рис. 4. Таблица различных видов передачи движения элементарными механизмами в машинах. Х. М. Ланц и А. А. Бетанкур, 1808 г.

Рис. 5. Кремниевая мельница. А. А. Бетанкур, 1790 г.

Январь-февраль 2008

Proceedings of Petersburg Transport University

101

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения

Рис. 6. Механические устройства для очистки и углубления водоёмов. А. А. Бетанкур, 1802 г.

Рис. 7. Проект Каменноостровского моста через Малую Невку. А. А. Бетанкур, 1811 г.

Рис. 8. Перспектива Манежа в Москве. А. А. Бетанкур, 1818 г.

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008

102

Материалы Международной научно-практической конференции

Рис. 9. Чертежи соединения строительных конструкций Манежа. А. А. Бетанкур, 1818 г.

В начале XIX века идеи политехнического высшего образования попали на плодотворную российскую почву, что практически совпало по времени с учреждением в 1809 году в Петербурге Института Корпуса инженеров путей сообщения (ИКИПСа), организованного по примеру Парижской школы мостов и дорог и Политехнической школы [2, с. 245-257].

Задачи Института заключались «в образовании искусных офицеров для службы по Корпусу путей сообщения. Из числа офицеров, те, кои проходили курс учения менее обширный, поступают в Строительный отряд путей сообщения. Другие, коих курс учения был несравненно пространнее, вмещая в себя все высшие науки, определяемы будут в Корпус инженеров путей сообщения» [12, с. 16].

Как и его учитель Г. Монж, Августин Августинович Бетанкур - организатор и первый инспектор (ректор) Института Корпуса инженеров путей сообщения (ИКИПСа), считал, что прогресс промышленности требует внедрения в производство выводов точных наук, точных инструментов научного исследования, знания молодыми специалистами «машин, при помощи которых используются различные силы природы», а также «знания о явлениях природы, которые тоже можно заставить служить на пользу дела» [3, с. 12].

С первых дней существования ИКИПСа пристальное внимание профессорско-преподавательского состава под влиянием А. А. Бетанкура обращалось на уровень преподавания как специальных, так и общенаучных и общеинженерных дисциплин [13, с. 35].

Этому также способствовало начальное привлечение по инициативе А. А. Бетанкура иностранных инженеров и учёных для преподавания в институте и для производства работ по ведомству, использовавших в обуче-

Январь-февраль 2008

Proceedings of Petersburg Transport University

103

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения

нии естественно-научным и техническим дисциплинам опыт Парижской политехнической школы, в том числе и по графическим дисциплинам: начертательной геометрии, черчению и рисованию.

В первом Положении о высшем учебном заведении для слушателей устанавливался четырёхлетний срок обучения. Первые два года преподавались арифметика, алгебра, геометрия, логарифмы, рисование, начертательная геометрия, черчение, геодезия и архитектура, в последующие -стереометрия, разрезка и кладка камней, механика, устройство зданий и машин, производство работ, составление проектов и смет, сведения о реках и каналах Государства Российского [14, с. 79].

Первым лектором по начертательной геометрии стал ученик Г. Монжа, выпускник Школы мостов и дорог и Политехнической школы в Париже, инженер, имеющий опыт путейских работ во Франции, профессор Александр Яковлевич Фабр (1782-1844).

С 1812 года, когда в связи с началом Отечественной войны французские учёные были высланы из Петербурга, лекции по начертательной геометрии продолжил читать А. А. Бетанкур, привлёкший к репетиторской работе по данному курсу воспитанника института третьего года обучения Фёдора Ивановича Рерберга (1766-1813).

Верный своим убеждениям, А. А. Бетанкур создал в Институте музей, где собрал коллекцию моделей и чертежей машин, механизмов и различных инженерных конструкций, используемых в учебном процессе, способствовал организации научно-технической библиотеки и литографированию курсов лекций учёных Института практически по всем дисциплинам.

Безусловно, всё это отразилось на преподавании графических дисциплин. Для лучшего усвоения лекционного материала по начертательной геометрии стали широко применяться специальные модели из различных материалов и наглядные графические модели, многие из которых изготовляли сами слушатели. Была увеличена насыщенность материалом лекций и репетиционных занятий по черчению и ситуационному рисованию для скорейшего обучения этим предметам слушателей. На старших курсах проекты инженеров-путейцев приближались к требованиям практики с геометрическим направлением в изучении и анализе машин, механизмов. В Институт для преподавательской работы направлялись инженеры, имеющие практический опыт работы в Корпусе.

В 1815 году ведущим лектором по начертательной геометрии стал возвратившийся в Петербург Карл Иванович Потье (1786-1855) - ученик Г. Монжа, выпускник Школы мостов и дорог и Политехнической школы в Париже.

С 1818 года ведущими лекторами становятся воспитанники Института Я. А. Севастьянов (1796-1849), П. А. Докушевский, Е. П. Суханин и др., перенявшие и продолжившие опыт и традиции западно-европейской геометрической школы.

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008

104

Материалы Международной научно-практической конференции

При поддержке А. А. Бетанкура в 1816 году был издан первый в России курс начертательной геометрии К. И. Потье (на французском и русском языках, перевод Я. А. Севастьянова), а затем фундаментальный труд Я. А. Севастьянова «Основания начертательной геометрии» (1821), где был расширен объём курса, дана русская научная терминология и символика, которые практически без изменения используются до сих пор. Лекции стали читаться на русском языке. Для лучшего использования методической литературы при репетиционных занятиях уже в 1816-1818 годах лекции по начертательной геометрии были литографированы.

Выдающиеся инженеры и учёные Г. Ламе (1795-1870) и Б. Клапейрон (1799-1864) дали высокую оценку инженерной подготовке выпускников ИКИПСа: «...русские отличались быстрыми успехами в прикладных науках и практических занятиях. Большая часть из воспитанников института достигла в искусстве черчения такого совершенства, до которого едва ли могут возвыситься ученики Политехнической школы. Сделавшись инженерами, ученики, отличившиеся в прикладных науках, блистали своими знаниями и своей деятельностью. Не раз удивлялись мы, с каким искусством и самоуверенностью управляли они обширными работами и большими массами людей» [12, с. 36].

И в этом была большая заслуга А. А. Бетанкура - учёного, создавшего в отечественной педагогике новое направление - политехническое обучение, понимавшего значение графического образования для инженеров высокой квалификации - инженеров-изобретателей, инженеров-исследовате-лей и создавшего в ИКИПСе условия для становления и развития графических наук, в первую очередь - начертательной геометрии.

Библиографический список

1. Предпосылки формирования теории аксонометрических проекций в трудах западно-европейских учёных XVI-XVIII вв. / Н. А. Елисеев // Математика в вузе : материалы XIII Междунар. науч.-метод. конф. - Псков : Псковский политехи. ин-т, 2001. - С. 126-127.

2. Гаспар Монж и его геометрия / Д. И. Каргин; ред. Т. П. Кравец // Г. Монж. Начертательная геометрия. - М. : Изд-во АН СССР, 1947. - 291 с.

3. Начертательная геометрия / Г. Монж; ред. Т. П. Кравец. - Л. : Изд-во АН СССР, 1947. - 291 с.

4. Галилей / Б. Г. Кузнецов. - М. : Наука, 1964. - 326 с.

5. Гаспар Монж и развитие его идей в Петербургском институте Корпуса инженеров путей сообщения / В. Е. Павлов, Б. Ф. Тарасов. - СПб.: ПГУПС, 1996. - 86 с.

6. Начертательная геометрия Гаспара Монжа в России. Исторический экскурс (к 260-летию со дня рождения) / Б. Ф. Тарасов, Н. А. Елисеев // Вестник Петербургского государственного университета путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2006. - С. 113-117.

7. Геометрия и Марсельеза / В. П. Демьянов. - М. : Знание, 1986. - 256 с.

8. К вопросу о значении начертательной геометрии в XIX веке / В. А. Шульже-вич // Начертательная геометрия и её приложения : сб. трудов. - Вып. 240. - Л. : ЛИИЖТ, 1965. - С. 3-10.

Январь-февраль 2008

Proceedings of Petersburg Transport University

105

Августин Бетанкур - 250 лет со дня рождения

9. А. А. Бетанкур (1758-1824). Учёный, инженер, архитектор, градостроитель / А. Н. Боголюбов, В. Е. Павлов, Н. Ф. Филатов. - Н. Новгород : ННГУ, 2002. - 219 с.

10. Математика. Поиск истины / М. Клайн; пер. с англ.; ред. В. И. Аршинов, Ю. В. Сачков. - М. : Мир, 1988. - 295 с.

11. Memoria sobre un Nuevo Sistema de Navegacion Interior. Noticias Biograficas de D. Agustin de Bethencout y Molina // Materiales de Historia de la Ciencia. - 2003. -Fundacion Canaria orotava de Historia de la Ciencia. - № 5. - 99 p.

12. Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика Образцова (1809-1959). - М. : Всесоюзн. изд.-полигр. объед. МПС, 1960. - 388 с.

13. Августин Бетанкур - талантливый менеджер своего времени / В. Е. Павлов // КИПСинфо. - 2006. - № 8. - С. 34-35.

14. Проректоры по учебной работе Петербургского государственного университета путей сообщения (1809-1999) / И. В. Прокудин, Б. Ф. Тарасов. - СПб. : ПГУПС, 1999. - 99 с.

В тексте использованы иллюстрации из материалов выставки, посвящённой жизни и творчеству выдающегося учёного, инженера, градостроителя, государственного деятеля, организатора и первого ректора Института Корпуса инженеров путей сообщения Августина Бетанкура, переданной в дар Петербургскому университету путей сообщения от Правительства Королевства Испании наследным принцем Филиппе Астурийским в дни празднования 300-летия Санкт-Петербурга в 2003 г.

И. Г. Киселев

доктор технических наук, профессор кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» ПГУПС

Д. В. Никольский

кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» ПГУПС

РОЛЬ АВГУСТИНА БЕТАНКУРА В РАЗВИТИИ ТЕРМОДИНАМИКИ

Термодинамика, один из фундаментальных разделов физики, имеет необычную историю становления как наука, действующая в рамках сегодняшних представлений о природе энергии, взаимопреобразовании теплоты и работы.

Человечество издревле училось использовать тепловые явления: от первого костра в пещере до паровой машины оно прошло долгий путь эмпирических исследований и интуитивных открытий. Качественные скачки эволюции общества определило изобретение паруса, двигающего корабль

ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС

Январь-февраль 2008