11 0 ΓΕΛ ΠΑΤΡΑΣ Σχ. Έτος 2013-14 Τμήμα Α 2 Ερευνητική Εργασία Γενικός Τίτλος: Λεονάρντο Ντα Βίντσι: Μια μεγαλοφυΐα με τεράστια προσφορά στην ανθρωπότητα 1) Κριτήρια επιλογής θέματος Μας τράβηξε την προσοχή η εφευρετικότητα του Οι αυτόματες και οι πτητικές μηχανές είναι ενδιαφέροντα θέματα Θέλουμε να κατανοήσουμε τον τρόπο σκέψης του Ντα Βίντσι Υπάρχουν πολλά ερωτήματα που απασχολούν τον απλό κόσμο 2) Τίτλος έρευνας Ειδικός Τίτλος: Αυτόματες μηχανές, πτητικές μηχανές 3) Παρουσίαση του θέματος Ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι με τα έργα του έχει συμβάλει σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη πολλών τομέων της επιστήμης καθώς υπήρξε ζωγράφος, γιατρός, μουσικός, φιλόσοφος, αστρονόμος, φυσικός, φιλόλογος, μηχανικός, εφευρέτης και γλύπτης. Στην παρούσα εργασία γίνεται αναφορά στον τομέα της μηχανικής και πιο συγκεκριμένα στα εξής σχέδια έργων: ρομπότ, έλικα, αρθρωτό φτερό με βραχίονες, αυτόματο σφυρί και οδοντωτός τροχός. 4) Σκοπός της έρευνας Η κατανόηση και η πληροφόρηση για τα αξιοθαύμαστα και πολυάριθμα δημιουργήματα του ειδικότερα η ιστορία πολλών μηχανών είναι πολύ σημαντική και ενδιαφέρουσα. Παρόλα αυτά ο περισσότερος κόσμος αδιαφορεί για αυτήν και την θεωρεί δεδομένο. Επιπλέον, θέτουμε ως σκοπό την πληροφόρηση αρχικά του εαυτού μας και μετά του απλού κόσμου 5) Εισαγωγή στο θέμα α) Στην αρχαιότητα, οι αρχαίοι Έλληνες διέκριναν δύο είδη μηχανών: τις απλές και τις σύνθετες. Στις απλές ανήκαν οι μοχλοί, η σφήνα, ο κοχλίας, το πολύσπαστο, κ.ά. Στις σύνθετες ανήκαν οι υδραυλικές μηχανές, οι βιομηχανικές (μύλοι άλεσης και σύνθλιψης), οι υψωτικές ή ανυψωτικές, οι πολεμικές και οι μηχανές θεάτρου. Κατά τη μηχανολογία, η μηχανή είναι ένα σύνολο μηχανικών μερών και μηχανισμών ικανών να μετατρέψουν μια ενέργεια τροφοδότησης σε μία διαφορετικού ή ίδιου τύπου αλλά με διαφορετικές παραμέτρους τελική ενέργεια, προκειμένου να την χορηγήσουν σε άλλες μηχανές ή να την χρησιμοποιήσουν άμεσα για να πραγματοποιήσουν συγκεκριμένες διαδικασίες παραγωγής έργου. Την ανάγκη χρησιμοποίησης εργαλείων την ένοιωσε ο άνθρωπος από την παλαιολιθική εποχή. Κατασκεύαζε πέτρινα εργαλεία και όπλα, λαξεύοντας τους λίθους που βρίσκονταν δίπλα στη σπηλιά του. Πολλά τέτοια εργαλεία έχουν βρεθεί από τους αρχαιολόγους στους διάφορους 1
παλαιολιθικούς οικισμούς. Πιστεύεται όμως ότι η ανακάλυψη του εργαλείου έγινε παλιότερα. β) Ο Λεονάρντο γεννήθηκε στο Βίντσι της Ιταλίας στις 15 Απριλίου του 1452. Μεγάλωσε με τον πατέρα του στην πόλη της Φλωρεντίας, όπου από πολύ μικρή ηλικία έδειξε δείγματα της ευφυΐας και του καλλιτεχνικού του ταλέντου. Θεωρείται αρχετυπική μορφή του Αναγεννησιακού Ουμανιστή, του Αναγεννησιακού καλλιτέχνη, Homo Universalis και μια ιδιοφυής προσωπικότητα. Μεταξύ των πιο διάσημων έργων του βρίσκονται η Μόνα Λίζα και ο Μυστικός Δείπνος. Σε ηλικία δεκατεσσάρων ετών στάλθηκε ως μαθητευόμενος στο εργαστήριο του φλωρεντίνου ζωγράφου και αρχιτέκτονα Αντρέα ντελ Βερόκιο, στο πλάι του οποίου παρέμεινε έως το 1480. Κατά διαστήματα, ο Λεονάρντο συνέτασσε μικρούς καταλόγους των έργων του, από τους οποίους γνωρίζουμε πως στα πρώτα χρόνια της παραμονής του στη Φλωρεντία ζωγράφισε αρκετούς πίνακες με την Παναγία. Παράλληλα, όμως, πειραματίστηκε και με φανταστικά θέματα που του επέτρεπαν σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό να εκφραστεί ελεύθερα. Ήδη από τη δεκαετία του 1470, ο ντα Βίντσι φαίνεται πως είχε καθιερωθεί ως σημαντικός ζωγράφος. Τα σχέδια των πτητικών μηχανών Από την αρχή της καλλιτεχνικής του δημιουργίας θεωρούσε πως το πουλί ήταν κατ' εξοχήν ελεύθερο και γι' αυτόν τον λόγο ήθελε να απελευθερώσει τα φυλακισμένα πτηνά. Τα αγόραζε για να τα αφήσει ελεύθερα να πετούν, ενώ ταυτόχρονα κρατούσε σημειώσεις γύρω από τη φυσιολογία τους. Όπως αποδεικνύεται όμως από τις σημειώσεις του πρέπει να προχώρησε και στην ανατομική τους μελέτη προκειμένου να μελετήσει τη φυσιολογία των φτερών τους. Στηρίχθηκε στην άποψη της εποχής πως η μίμηση της πτήσης των πουλιών ήταν ο κατάλληλος δρόμος που έπρεπε να ακολουθήσουν και πως η μελέτη τους θα αποκάλυπτε τα αληθινά μυστικά της πτήσης. Αλλού γράφει χαρακτηριστικά: «Ένα πουλί είναι ένα όργανο που λειτουργεί σύμφωνα με μαθηματικό νόμο, ένα όργανο το οποίο εξαρτάται από την επιδεξιότητα του ανθρώπου να αναπαράγει όλες τις κινήσεις του (πραγματικού), αν και όχι με έναν αντίστοιχο βαθμό δύναμης, επειδή δεν έχει (ο άνθρωπος) την ικανότητα να διατηρήσει την ισορροπία του. Μπορούμε ίσως γι' αυτό να πούμε πως τέτοιο όργανο κατασκευασμένο από άνθρωπο δεν υστερεί σε τίποτα παρά μόνο στην έλλειψη ζωτικών δυνάμεων, οι οποίες αντικαθίστανται με τη μυϊκή δύναμη». Ως προς την τεχνική αντίληψη των σχεδίων της μελέτης μπορούμε να διακρίνουμε δύο ενότητες. Η πρώτη περιλαμβάνει την πιστή αντιγραφή των κινήσεων των πουλιών μέσα από συστήματα προσομοίωσης. Παρόλα αυτά ο καλλιτέχνης δεν είχε ψευδαισθήσεις σχετικά με τη σύγκριση ανάμεσα σε ένα πουλί που χρησιμοποιεί τα δικά του ζωτικά μέλη και έναν άνθρωπο που χρησιμοποιεί άψυχα φτερά και εξαρτήματα. Γι' αυτόν τον λόγο επιχείρησε να κατασκευάσει κάποια ομοιώματα τα οποία ετίθεντο σε κίνηση με τη μοναδική ενεργειακή δύναμη της εποχής, τη μυϊκή. Δεν πρέπει να ξεχνάμε πως τον 15ο αιώνα, παρά την επιστημονική έξαψη των ερευνητών της Αναγέννησης, δεν ήταν γνωστή καμιά από τις θεμελιώδεις αρχές της αεροστατικής, της αεροδυναμικής και της αεροναυτικής, δηλαδή οι βάσεις της αεροναυπηγικής. Μια άλλη θεμελιώδης αρχή που απασχόλησε τον Λεονάρντο ήταν η μελέτη του μέσου με το οποίο θα επιτυγχανόταν η πτήση. Γι' αυτό έκρινε σκόπιμο να μελετήσει τις περιδινήσεις των ανέμων σε παραλληλισμό με τις κινήσεις του νερού. Τα αποτελέσματα αυτών των παρατηρήσεων τον οδήγησαν στη μελέτη κάποιων πτητικών μοντέλων, ανάμεσα στα οποία διακρίνουμε τους προγόνους του ανεμόπτερου, του ελικοπτέρου και του αερόστατου και τα οποία αποτελούν τη δεύτερη ενότητα των σχεδίων του. Όπως αναφέρει ο ίδιος ο Λεονάρντο, έχει χωρίσει την πραγματεία του σε τέσσερα βιβλία σχετικά με το πέταγμα των πουλιών. Το πρώτο ασχολείται με την πτήση τους ως προς την κίνηση των φτερών, το δεύτερο με την πτήση χωρίς την κίνηση των φτερών (με την κινητήρια δύναμη του αέρα), το τρίτο με την πτήση γενικά (όσον αφορά τα πουλιά, τις νυχτερίδες, τα έντομα κλπ.) και το τελευταίο με τον μηχανισμό της κίνησης. Η προβληματική ήδη πριν από τον Λεονάρντο συνίστατο στην προσαρμογή των 2
μηχανημάτων που λειτουργούσαν με μυϊκή δύναμη στα ανθρώπινα μέτρα, σε συνδυασμό με μια φυσική δύναμη όπως είναι τα ρεύματα αέρα. Γι' αυτόν τον λόγο εκείνος πραγματοποίησε παρατηρήσεις μέσα από πειράματα με τη φλόγα του κεριού, τα σύννεφα, τον καπνό. Ο ντα Βίντσι είχε κατανοήσει τον ρόλο των κέντρων βαρύτητας στην «αεροναυπηγική». Mελέτησε την πίεση που ασκείται στα φτερά των πουλιών από τον αέρα και εξέτασε ζητήματα ισορροπίας χωρίς τη συνεχή κίνηση των φτερών - μόνο με τη βοήθεια του αέρα. Μελέτησε τη λειτουργία της ουράς και κατέληξε σε πολύ σημαντικά συμπεράσματα, ιδιαίτερα ενδιαφέροντα από άποψη επιστημονικής μεθόδου. Συμπέρανε πως το πουλί λόγω της εσωτερικής του δομής μπορούσε να ελέγξει τους πνεύμονές του ώστε να μεταθέτει το κέντρο βάρους του μέσα σε συγκεκριμένα πλαίσια. Αυτή η ιδιότητα παρέχει αναμφίβολα στο πουλί έναν μηχανισμό εξασφάλισης σταθερότητας και ελέγχου, που απουσιάζει από το τεχνητό κατασκεύασμα. Ανάμεσα σε άλλα ο Λεονάρντο καταγράφει στις παρατηρήσεις του τη λειτουργία της κοίλης γραμμής της φυσικής ατράκτου των πτηνών στο θέμα της ισορροπίας στον αέρα. Δυστυχώς η πρώιμη πτητική ιδέα έφερε τη βαριά κληρονομιά του μυθικού Ικάρου, αναζητώντας τη μόνη πιθανή δυνατότητα απογείωσης στη δύναμη της κίνησης των φτερών. Μετά από πολύχρονη παρατήρηση και μελέτη ο ντα Βίντσι προχώρησε από τη φυσική παρατήρηση στην κατασκευή. Πρότυπο στις πτητικές μελέτες του είχε τα φτερά της νυχτερίδας. Η σχέση ανάμεσα στην επιφάνεια του φτερού και την αντίσταση του ανέμου τράβηξε την προσοχή του. Έτσι συναντούμε το σχέδιο ενός ανθρώπου να θέτει σε λειτουργία ένα μηχανικό φτερό. Το επόμενο βήμα του είναι δύο μελέτες πάνω στην κίνηση αρθρωτού φτερού με έναν ή πολλούς βραχίονες όπου ένα φτερό με αρθρώσεις που τίθεται σε κίνηση με το χέρι ή το πόδι του «πιλότου», περιστρέφει τους μοχλούς του μηχανισμού. Η κίνηση μεταδίδεται με τροχαλίες, ιμάντες και νήματα. Σε άλλο σημείο των παρατηρήσεών του επαναλαμβάνει το σχέδιο με ένα πιο σύνθετο σύστημα τροχαλιών. Σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό είναι δυνατή η αυτόματη επαναφορά του φτερού στην αρχική του θέση, όταν ολοκληρωθεί η κίνηση. Ο ντα Βίντσι χρησιμοποιώντας τροχαλίες και ελατήρια επιδίωξε με έναν ιδιαίτερα περίπλοκο τρόπο να εξομοιώσει τη φυσική κίνηση των φτερών των πουλιών κατά την απογείωση και την προσγείωση. Δυστυχώς δεν είχε συλλάβει ακόμα τις δυνάμεις που αναπτύσσονται από την αλληλεπίδραση του αέρα ανάμεσα σε μια σταθερή και σε μια κινούμενη πτέρυγα, τις οποίες αξιοποίησε στα «ορνιθόπτερά» του ο Οττο Λίλιενταλ κατά τη δεκαετία του 1880. Μέσα από αυτή τη συγκριτική μελέτη φυσικών και τεχνητών πτερύγων οδηγήθηκε σταδιακά σε νέους προβληματισμούς. Έπρεπε να επινοήσει μια μηχανική δομή που θα περιέκλειε έναν κινητήρα. Σε αυτό το σημείο τα σχέδιά του είναι παράξενα αλλά και ευφυή και μπορούν να συγκριθούν μόνο με αυτά που περιγράφονται στα έργα του Ιουλίου Βερν. Μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις του Λεονάρντο ήταν αυτή του αλεξιπτώτου, αν και τα αλεξίπτωτα χρησιμοποιήθηκαν μόλις κατά τον 18ο αιώνα. Ήταν ένας από τους πρώτους που συνέλαβαν την αεροδυναμική θεωρία της επιβράδυνσης και τον νόμο των αντιδράσεων. Αναφέρει σε κάποιο σημείο στον Ατλαντικό Κώδικα: «Ένα αντικείμενο προβάλλει τόση αντίσταση στον αέρα όση και ο αέρας στο αντικείμενο. Έτσι το κτύπημα των φτερών κόντρα στον άνεμο μπορεί να κρατήσει ψηλά ακόμη κι ένα βαρύ αετό. Αλλά και στη θάλασσα, καθώς ο αέρας γεμίζει τα φουσκωμένα ιστία, καταφέρνει να οδηγεί ακόμη και πλοία με βαρύ φορτίο. Από τα παραπάνω παραδείγματα μπορούμε να καταλάβουμε πως ένας άνθρωπος με φτερά αρκετά μεγάλα και κατάλληλα συνδεδεμένα μπορεί να ξεπεράσει την αντίσταση του αέρα υπερνικώντας τον ώστε να υψωθεί πάνω από αυτόν». Βάσει των πληροφοριών που αντλούμε από τον βιογράφο του, Βασάρι, στους «Βίους των Ζωγράφων» μαθαίνουμε ότι ο Λεονάρντο κατασκεύαζε μορφές από λεπτό κερί σε διάφορα σχήματα και τις γέμιζε με θερμό αέρα, κάνοντάς τις να πετούν. Μέσα από την εξέταση των νέων δεδομένων των παρατηρήσεών του επρόκειτο να προαναγγείλει την πτήση με αιωρόπτερο και την πτώση με αλεξίπτωτο. Πράγματι σε ένα σχέδιό του παρουσιάζει έναν άνδρα αιωρούμενο από ένα παράξενο πυραμιδόσχημο αλεξίπτωτο που, 3
όπως αναφέρει ο Λεονάρντο, είναι ικανό να λειτουργήσει. Υπάρχουν στοιχεία πως σχεδόν έναν αιώνα μετά την εφεύρεση του Λεονάρντο (1595) ο Βεράντσιο, ένας Βενετός, τροποποίησε το πρωτότυπο, χρησιμοποιώντας ένα είδος τετράγωνου ιστίου τεντωμένου σε τέσσερις ισομεγέθεις ράβδους έχοντας τέσσερα σχοινιά προσαρμοσμένα στις γωνίες. Πολύ αργότερα βλέπουμε τα συμπεράσματα των μελετών του ντα Βίντσι να βρίσκουν εφαρμογή στα σύγχρονα ανεμόπτερα του Ιταλοαμερικανού Ρογκάλο (1951) και στις έρευνές του τις σχετικές με τη διευκόλυνση των προσεδαφίσεων των διαστημοπλοίων της ΝΑΣΑ. Ο ντα Βίντσι με το πυραμιδοειδές αλεξίπτωτό του είχε ήδη ανακαλύψει την αίσθηση της άμεσης σχέσης με τη φύση, με τους ανέμους και τα ρεύματα. Ο προβληματισμός του ντα Βίντσι ήλθε πάλι στην επιφάνεια μετά τη λήξη του Α' Παγκοσμίου Πολέμου. Σύμφωνα με τη Συνθήκη των Βερσαλλιών απαγορεύθηκε στη Γερμανία η κατασκευή αεροσκαφών μηχανικής ενέργειας. Έτσι οι Γερμανοί αεροναυπηγοί οδηγήθηκαν στη λύση των ανεμοπτέρων, επιστρέφοντας στην εποχή της προ-μηχανικής, ενέργειας του 15ου αιώνα. Το ανεμοπλάνο είναι ουσιαστικά ένα αεροπλάνο χωρίς κινητήρα που αξιοποιεί τα ανοδικά ρεύματα του αέρα, όπως ακριβώς και τα πουλιά στις παρατηρήσεις του ντα Βίντσι, προκειμένου να αποκτήσει ή να διατηρήσει το ύψος του. Ο Λεονάρντο παραθέτει το σχέδιο μιας ακάτου, που όπως προκύπτει από τις σημειώσεις του θα μπορούσε να θεωρηθεί ο πρόδρομος της ιδέας του υδροπλάνου, η οποία τέθηκε τελικά σε εφαρμογή το 1907 από τον Γάλλο μηχανικό Γκαμπριέλ Βουαζέν. Στη δομή του παρουσιάζεται ένας ογκώδης κινητήρας που δημιουργεί «σύμπλεγμα» το οποίο αποτελείται από δύο τροχαλίες πάνω στις οποίες κινείται ένας ιμάντας. Αυτός καταλήγει σε ένα ζευγάρι αναβολέων, από όπου προφανώς κρατιόταν ή προσδενόταν κάποιος σε οριζόντια θέση για να θέσει σε κίνηση τέσσερα κουπιά - που αναπαριστούσαν συμβολικά την κίνηση των φτερών. Πάνω στην επιφάνεια της σανίδας ο χειριστής ξαπλωμένος, με το κεφάλι περασμένο στον πρόσθιο κρίκο, κινούσε με τα χέρια του αυτά τα υποτυπώδη φτερά κωπηλατώντας στην κυριολεξία στον αέρα. Μπροστά από τη σανίδα υπήρχε ένας πάσσαλος πάνω στον οποίο είχε προσηλωθεί ένα κυκλικό σιδερένιο στέλεχος που επικοινωνούσε μέσω μοχλών με τους αρθρωτούς βραχίονες. Τα φτερά ετίθεντο σε κίνηση με τα χέρια ή με τα πέλματα του «πιλότου», μέσω των αναβολέων για την κάθοδο και για την ανύψωση. Με τη βοήθεια του δεξιού και του αριστερού πέλματος υψώνει και χαμηλώνει το φτερό. Επίσης πειραματίστηκε με μια άλλη παραλλαγή πτητικής μηχανής, στην οποία ο χειριστής βρισκόταν σε όρθια θέση. Μάλιστα αυτός θα έπρεπε να είναι ιδιαίτερα δυνατός, επειδή όφειλε να κινήσει τη «μηχανή» με όλα τα μέλη του σώματός του (χέρια, πόδια, κεφάλι). Πρόκειται για μια πτητική μηχανή τεραστίων διαστάσεων (12 μ. ύψος 6άσης, 24 μ. άνοιγμα φτερών). Ο μηχανισμός αποτελείτο από πλήθος τροχαλιών, τυμπάνων και ιμάντων. Και σε αυτή την περίπτωση η κίνηση επιτυγχανόταν με την παλμική κίνηση δύο ζευγών φτερών - που κινούνται αντίθετα, όπως γίνεται ο βηματισμός των αλόγων. Ένα άλλο εκπληκτικό σχέδιο παρουσιάζει έναν πτητικό μηχανισμό συγκρατημένο στη γη με πασσάλους και μια κλίμακα που επιτρέπει την άνοδο σε αυτόν. Πρόκειται για ένα «προφητικό» σχέδιο των συστημάτων προσγείωσης των αεροσκαφών. Tο ελικόπτερο, είναι βασισμένο στην ιδέα της κατακόρυφης πτήσης με άμεση εφαρμογή την αρχή του κοχλία του Αρχιμήδη. Πρόκειται για μια μηχανική κατασκευή ικανή να εκτελεί μια κίνηση προς τα κάτω και προς τα πάνω και να περιίπταται σε οποιαδήποτε θέση σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Αποτελείται από έναν μηχανισμό εξοπλισμένο με μια έλικα, έναν κοχλία ακτίνας 4,80 μ. Ο κοχλίας είναι κατασκευασμένος από μεταλλικό ελικοειδή σκελετό και λινό ύφασμα, οι πόροι του οποίου έχουν κλειστεί με ειδική κόλλα. Η περιστροφική κίνηση της έλικας επιτυγχάνεται με την απελευθέρωση ενός εντατήρα, ο οποίος έχει προενταθεί με πολλές περιελίξεις σχοινιού. Σύμφωνα με τις υποδείξεις του ντα Βίντσι αν στραφεί με μεγάλη ταχύτητα η προαναφερθείσα έλικα είναι ικανή να σηκωθεί στον αέρα και να ανέβει ψηλά. Ο Λεονάρντο ασχολήθηκε πειραματικά και με τον αερομοντελισμό. Εξετάζοντας τα σχέδια του ντα Βίντσι ανακαλύπτουμε παραστάσεις ανεμόμυλων που κινούνται με τη δύναμη του αέρα. Αντίθετα ασχολήθηκε επισταμένα με τη μελέτη των οργάνων μέτρησης των δεδομένων αεροδυναμικών δεδομένων (ανεμόμετρα, βαρόμετρα, κλινόμετρα) προκειμένου να 4
προσεγγίσει καλύτερα την πτήση που εκτελούσαν τα πουλιά. Επηρεασμένος από τη μελέτη των αρχαίων ελληνικών μαθηματικών προχώρησε στην κατασκευή αστρολάβου πολυσύνθετης μορφής ή απλού τεταρτοκυκλίου, διόπτρας και γωνιομέτρων (χωροβάτης). Στον Ατλαντικό Κώδικα βλέπουμε το σχέδιο ενός σκελετού που φέρει μια λεπτή ορθογώνια μεταλλική πλάκα ταλαντευόμενη γύρω από ένα καρφί. Το κατώτερο άκρο της κινείται πάνω από ένα διαβαθμισμένο τεταρτοκύκλιο και η ταλάντωση επιτυγχάνεται με την επίδραση της δύναμης του αέρα πάνω σε αυτό. Σύμφωνα με τις υποδείξεις του Λεονάρντο αυτό το όργανο χρησιμοποιείται για να μετρήσουμε τη δύναμη του αέρα και συγκεκριμενοποιεί την αναφορά του με το παράδειγμα ενός πλοίου. Σίγουρα ο Λεονάρντο ντα Βίντσι είχε προχωρήσει πολύ περισσότερο τις έρευνές του. Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι καλλιέργησε το έδαφος για τις ανακαλύψεις των μελλοντικών επιστημόνων, εξάπτοντας μέχρι σήμερα τη φαντασία του ερευνητή με τη δύναμη της διανοίας του. Ο πρώτος έλικας κατασκευασμένος από τον Λ.Ν.Β Μελέτη αρθρωτού φτερού με βραχίονα. Μελέτη αρθρωτού φτερού με πολλούς βραχίονες. Η κίνηση και στα δύο μεταδίδεται με τροχαλίες, ιμάντες και νήματα. Αυτόματες μηχανές Ρηξικέλευθες ήταν οι εφευρέσεις του Λεονάρντο στη Mηχανολογία και την κατασκευή μηχανών. Η επινοητικότητα του στον τομέα της Mηχανικής και της Mηχανολογίας έχει τα εξής χαρακτηριστικά: πρώτον, η αξιοποίηση της αρχαίας ελληνικής τεχνολογικής παράδοσης, όπως ο κοχλίας του Αρχιμήδη, οι πέντε απλές μηχανές, τα γρανάζια, το οδόμετρο του Ήρωνα κ.ά. δεύτερον, η τοποθέτηση του ανθρώπου στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος, η κατασκευή μηχανών χρήσιμων για τον άνθρωπο και αναγκαίων για τις εργασίες του. ακόμα, η επινόηση νέων μηχανών που κατασκευάζουν μηχανές, μηχανών ικανών να λειτουργήσουν στην παραγωγή και να ανατρέψουν τους παραδοσιακούς τρόπους παραγωγής της μεσαιωνικής βιοτεχνίας. Τόρνοι και αυτόματες μηχανές κατασκευής λιμών, μηχανισμοί έδρασης και γρανάζια, στρόφαλοι και μηχανισμοί μετατροπής της περιστροφικής σε παλινδρομική κίνηση, αυτόματες μηχανές για την κοπή λίθων, για την άλεση των σιτηρών, για την κλωστοϋφαντουργία, άνοιξαν το δρόμο στην επερχόμενη βιομηχανική επανάσταση. Μερικά από τα εντυπωσιακότερα δημιουργήματα του Λ.Ν.Β. ήταν ο Μηχανισμός μετάδοσης κίνησης με γρανάζια και κινητήριο βάρος κατά τα πρότυπα του Ήρωνα. Επίσης ο μηχανισμός ωρολογίου με γρανάζια κατά τα πρότυπα του Μηχανισμού των Αντικυθήρων 5
Αυτόματο σφυρί Η κατεργασία μετάλλων είναι δύσκολη. Ο Leonardo είδε την ευκαιρία να χρησιμοποιήσουν έκκεντρο κινητήρα για να κάνει τη δουλειά του μεταλλουργού ευκολότερη. Ο μεταλλουργός μπορεί να κάνει το σφυρί να χτυπήσει τον άκμονα επανειλημμένα. Η συσκευή θα είναι πλήρως αυτόματη, όταν οι έκκεντροι κινητήρες συνδεθούν σε ένα τροχό με πτερύγια τα οποία κινούνται από τη ροή του νερού. Με τη μηχανή του Λεονάρντο, η δουλειά του σιδερά θα μπορούσε να γίνει πιο εύκολη! Εναλλασσόμενη κίνηση χρησιμοποιώντας μια λαβή Leonardo ονομάζει την επίδραση των δύο αυτών μηχανών "αντίθετη τριβή". Η πρώτη λειτουργία από τη λαβή, κάνει χρήση της κίνησης ενός μεγάλου οδοντωτού τροχού με μανταλάκια διατεταγμένα σε ομάδες πάνω στην επίπεδη επιφάνεια. Αυτές οι ομάδες των μανταλάκια εμπλέκονται εναλλάξ με, πρώτον, με το μικρό κύλινδρο στην κορυφή και στη συνέχεια με τον άλλον στο κάτω μέρος. Οι δύο κύλινδροι στη συνέχεια μεταδίδουν την παλινδρομική κίνηση στον οδοντωτό τροχό, ο οποίος καθιστά την οδοντωτή γραμμή σε ολίσθηση αρχικά από τη μία και μετά από την άλλη. Η δεύτερη ιδέα είναι απλή: η λαβή γυρίζει δύο οδοντωτά ημικύκλια και αυτά εμπλέκονται εναλλάξ με τα μανταλάκια με τις δύο γειτονικές ράβδους. Οι δύο ράβδοι συνδέονται με ένα καλώδιο το οποίο περνά γύρω από τον κύλινδρο, ο οποίος τα επιστρέφει στην αρχική τους θέση, την ίδια στιγμή που λαμβάνει παλινδρομική κίνηση από αυτούς. 6
Ρομπότ Ο Leonardo οραματίστηκε μια μηχανή που θα έμοιαζε και λειτουργούσε ακριβώς όπως ένα ανθρώπινο ον. Το σχέδιό του για ένα ρομπότ, ντυμένο ως ιππότης με μεσαιωνική πανοπλία, θα μπορούσε να στέκεται όρθιο, να κουνά τα χέρια του, να κουνάει το κεφάλι του, και να ανοίγει και να κλείνει το σαγόνι του. Το Ρομπότ του χρησιμοποιεί τροχαλίες ως αρθρώσεις, μύες και τένοντες. Μιμούνται έτσι τα συστήματα του ανθρώπου. γ) Ερευνητικά ερωτήματα Κατά την διάρκεια εκπόνησης της εργασίας δημιουργήθηκαν μερικά ερευνητικά ερωτήματα, μερικά από τα οποία παρουσιάζονται παρακάτω: Τι προώθησε τον Λ.Ν.Β να ασχοληθεί με τις πτητικές και αυτόματες μηχανές; Γιατί δεν εφάρμοσε κανένα από τα σχέδιά του; Πως ξεκίνησε να δημιουργεί τα πρώτα του σχέδια; Γιατί ενδιαφέρθηκε ο Λ.Ν.Β για τις πτητικές και αυτόματες μηχανές; 6) Ανάγκες που εξυπηρετεί η έρευνα Η έρευνα αυτή διεξάχθηκε με σκοπό οι αναγνώστες μας να ενημερωθούν με όσο το δυνατό καλύτερο και αξιόπιστο τρόπο όσον αφορά το θέμα της συμβολής του Leonardo da Vinci στις πτητικές και στις αυτόματες μηχανές. 7) Παράγοντες που επηρέασαν την έρευνα Οι παράγοντες οι οποίοι επηρέασαν την έρευνά μας είναι: Η αρμονική συνεργασία μεταξύ των ατόμων που αποτελούν την ομάδα Η ύπαρξη ειδικά διαμορφωμένης αίθουσας (ΓΡΑ.ΣΕΠ) Η παροχή κατάλληλων τεχνολογικών μέσων Η νεαρή ηλικία μας, η οποία δεν επέτρεψε την εμβάθυνση στο θέμα 7
Η εμφάνιση τεχνικών προβλημάτων στα τεχνολογικά μέσα Η εγκυρότητα των πηγών 8) Περιορισμοί Περιγραφή ορίων Η εργασία μας μελετάει την έρευνα του Leonardo da Vinci πάνω στο θέμα των πτητικών και των αυτόματων μηχανών την περίοδο που ερευνούσε. 9) Αξιοπιστία της έρευνας Οι πληροφορίες που αντλήσαμε πηγάζουν από έγκυρες πήγες. Όλες οι πληροφορίες ελέγχθηκαν πριν γραφτούν, υποβλήθηκαν σε επεξεργασία και ποτέ δεν πήραμε κάτι που υπήρχε μόνο σε μια ιστοσελίδα χωρίς δηλ. διασταύρωση για να εξασφαλίσουμε την εγκυρότητα. 10) Διαδικασίες και δραστηριότητες που χρησιμοποιήθηκαν Ως ομάδα για την αποπεράτωση της έρευνας χρησιμοποιήσαμε ως βασική πηγή το διαδίκτυο και επίσης αντλήσαμε πληροφορίες από βιβλία. Τέλος σημαντικό ρόλο είχαν οι γνώσεις των μελών της ομάδας. 11) Δημιουργία ερωτηματολογίου Η ομάδα μας έφτιαξε ένα ερωτηματολόγιο στο οποίο κλήθηκαν να απαντήσουν οι συμμαθητές μας και ένας από τους δύο κηδεμόνες τους (για να υπάρχει αναλογία απαντήσεων ένας προς έναν ενήλικος με ανήλικο) με σκοπό να διαπιστωθούν οι γνώσεις τους πάνω στις πτητικές και αυτόματες μηχανές του Λ.Ν.Β. 8
α) Πόσο εφαρμόσιμες πιστεύετε πως είναι οι ιδέες του Λ.Ν.Β όσον αφορά το θέμα των πτητικών μηχανών; μαθητής κηδεμόνας πολὺ 5 7 αρκετὰ 6 10 μέτρια 11 6 λίγο 2 1 καθόλου 0 0 ερώτηση α 12 10 αριθμός 8 6 4 2 μαθητής κηδεμών 0 πολύ αρκετά μέτρια λίγο καθόλου επιλογές Σχόλια: Οι περισσότεροι κηδεμόνες απάντησαν πολύ, αρκετά και μέτρια σε ποσοστό 96%, ενώ οι μαθητές απάντησαν πολύ, αρκετά και μέτρια σε ποσοστό 92%. Επίσης κανένας από τους δύο δεν απάντησε καθόλου. Η συγκέντρωση των απαντήσεων των κηδεμόνων στο πολύ και στο αρκετά οφείλεται στις παραπάνω γνώσεις που έχουν πάνω στο θέμα. Από την άλλη μεριά οι μαθητές λόγω της έλλειψης γνώσεων και εμπειρίας απέφυγαν να απαντήσουν πολύ και συμβιβάστηκαν στο μέτρια. Συμπεράσματα: Οι απαντήσεις συγκεντρώνονται στο μέτρια - αρκετά - πολύ και δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά ανάμεσα στις απαντήσεις γονέων και μαθητών. 9
β) Σε τι βαθμό πιστεύετε ότι θα βοηθούσαν οι αυτόματες μηχανές του Λ.Ν.Β αν εφαρμόζονταν την εποχή της αναγέννησης; μαθητής κηδεμόνας πολὺ 10 12 αρκετὰ 7 7 μέτρια 4 1 λίγο 3 4 καθόλου 0 0 Ερώτηση β αριθμοί 14 12 10 8 6 4 2 0 πολύ αρκετά μέτρια λίγο καθόλου Επιλογές μαθητής κηδεμών Σχόλια: Η πλειοψηφία γονέων και μαθητών απάντησαν πολύ και αρκετά με ποσοστό 79% και 68% αντίστοιχα. Παρατηρείται ότι και οι απαντήσεις των κηδεμόνων και των γονέων ταυτίζονται με 47% των μαθητών 50% των κηδεμόνων να απαντάνε πολύ και 33% και των δύο να απαντάνε αρκετά. Συμπεραίνεται λοιπόν ότι η συγκέντρωση των απαντήσεων οφείλεται στην απόδοση των απαντήσεων με κριτήριο τη λογική και όχι με επιστημονικά στοιχεία. Συμπεράσματα: Οι απαντήσεις γονέων και παιδιών δεν παρουσιάζουν μεγάλη διαφορά, ενώ η πλειοψηφία των απαντήσεων συγκεντρώνεται στο πολύ. 10
γ) Σε τι βαθμό είναι ενημερωμένοι οι άνθρωποι στο θέμα των πτητικών μηχανών και αυτόματων μηχανών του Λ.Ν.Β σύμφωνα με την γνώμη σας; μαθητής κηδεμόνας πολὺ 0 2 αρκετὰ 5 1 μέτρια 0 5 λίγο 15 10 καθόλου 4 6 Ερώτηση γ αριθμοί 16 14 12 10 8 6 4 2 0 πολύ αρκετά μέτρια λίγο καθόλου Επιλογές μαθητής κηδεμών Σχόλια: Το 47% των κηδεμόνων απάντησαν λίγο, με μικρή διαφορά το 28% απάντησε καθόλου και το 23% μέτρια. Επίσης οι γονείς σε πολύ μικρό ποσοστό απάντησαν πολύ και αρκετά. Οι μαθητές στην πλειοψηφία τους ψήφισαν και αυτοί λίγο με ποσοστό 70%, και σε αντίθεση με τους γονείς κανένας δεν απάντησε πολύ - μέτρια. Παρατηρείται λοιπόν ότι και οι δύο πιστεύουν πως οι άνθρωποι δεν είναι καλά ενημερωμένοι στο θέμα των πτητικών και αυτόματων μηχανών καθώς το θέμα μας μπορεί να θεωρηθεί για πολλού εξεζητημένο. Συμπεράσματα: Η πλειοψηφία των μαθητών απάντησαν λίγο, όμως οι απαντήσεις των γονιών μοιράζονται στο λίγο - καθόλου - μέτρια. 11
δ) Πόσο μεγάλη πιστεύετε ότι είναι η συμβολή των σχεδίων των πτητικών και αυτόματων μηχανών του Λ.Ν.Β στην εποχή μας; μαθητής κηδεμόνας πολὺ 5 9 αρκετὰ 15 8 μέτρια 2 5 λίγο 1 2 καθόλου 1 0 Ερώτηση δ Αριθμοί 16 14 12 10 8 6 4 2 0 πολύ αρκετά μέτρια λίγο καθόλου μαθητής κηδεμών Επιλογές Σχόλια: Οι απαντήσεις των κηδεμόνων συγκεντρώνονται στο πολύ 42% - αρκετά 37% με μικρή διαφορά. Επίσης ένα 23% απάντησε μέτρια. Οι μαθητές έχουν απαντήσει αρκετά με ποσοστό 70%. Η συγκέντρωση των απαντήσεων στο πολύ και στο αρκετά δείχνουν ότι η πλειοψηφία πιστεύει ότι ένα μεγάλο μέρος όσων έχουν επιτευχθεί σήμερα οφείλονται στα σχέδια του Λ.Ν.Β. μιας και ήταν πρωτοποριακά και αποτέλεσαν βάση πολλών σημερινών κατασκευών. Συμπεράσματα: Οι μαθητές και οι γονείς πιστεύουν ότι τα σχέδια του Λ.Ν.Β. συνέβαλαν πολύ στην εποχή μας. 12
12) Επίλογος Ο Λ.Ν.Β ήταν ένας σπουδαίος μηχανικός και εφευρέτης που έζησε την εποχή της αναγέννησης. Τα σχέδιά του για τις πτητικές και αυτόματες μηχανές δεν αξιοποιήθηκαν στην εποχή του αλλά επειδή ήταν πρωτοποριακά και ρηξικέλευθα αποτέλεσαν τη βάση για τις μελέτες των σημερινών μηχανικών. Τέλος, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ερωτηματολογίων ο κόσμος δεν είναι καλά ενημερωμένος για το έργο του Λ.Ν.Β και αυτό οφείλεται και στην κακή ενημέρωση και την αδιαφορία των Μ.Μ.Ε για να παρουσιάσουν μία τέτοια προσωπικότητα. Παρόλα' αυτά αναγνωρίζουν τη συμβολή του Λ.Ν.Β στις μέρες μας. 13) Προτάσεις για συμπληρωματική εργασία Μελέτες πάνω στη ρομποτική Αφορμή για την αρχή μελέτης των έργων του Μελέτη για την ζωή και τα έργα διάφορων ζωγράφων, καλλιτεχνών, επιστημόνων κ.λπ. της εποχής εκείνης και όχι μόνο. Η βιογραφία του Λ.Ν.Β 14) Πηγές Βιβλιογραφία http://el.wikipedia.org http://www.leonardo3.net/leonardo/machines_eng.php#000 http://www.leonardo3.net/leonardo/machines_eng.php#000b http://www.msichicago.org/scrapbook/scrapbook_exhibits/leonardo/models/12_model.html Η εργασία αυτή εκπονήθηκε από τους μαθητές: Αγγελόπουλος Κωνσταντίνος Ανδρικόπουλος Ιωάννης Βραχνής Γεώργιος Γούλας Παναγιώτης 13 Υπεύθυνος Καθηγητής Αποστολόπουλος Κωνσταντίνος Δρ Μηχανολόγος Μηχανικός ΠΕ 12 04