Задолго до Ньютона и Галилея. Леонардо да Винчи исследовал гравитацию как форму ускорения

В статье, опубликованной в журнале Leonardo, исследователи, по-новому взглянув на один из записных книжек да Винчи, показывают, что знаменитый ученый и архитектор разработал эксперименты, чтобы продемонстрировать, что гравитация является формой ускорения. Кроме того, он также смоделировал гравитационную константу с точностью около 97 процентов, пишет Caltech.

В Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и интересные новости из мира науки!

Да Винчи, живший с 1452 по 1519 год, был далеко впереди в изучении этих концепций. Лишь в 1604 году Галилео Галилей выдвинул теорию о том, что расстояние, которое преодолевает объект во время падения, пропорционально прошедшему квадрату времени. И только в конце 17 века сэр Исаак Ньютон развил эту теорию, разработав Закон всемирного тяготения, описывающий, как объекты притягиваются друг к другу. Основным препятствием для да Винчи была ограниченность инструментов, которыми он располагал. К примеру, ему не хватало средств для точного измерения времени при падении объектов.

Эксперименты да Винчи впервые заметил Мори Гариб, профессор аэронавтики и медицинской инженерии Ганса В. Липмана, в "Кодексе Арунделя" — сборнике работ да Винчи, охватывающих науку, искусство и личные темы. В начале 2017 года Гариб исследовал технику визуализации потока да Винчи, чтобы обсудить ее со студентами, которых он учил на аспирантском курсе, когда заметил серию эскизов с изображением треугольников, образованных высыпающимися из банки пескообразными частицами в недавно изданном Codex Arun.

"Привлекло мое внимание то, что он написал "Equatione di Moti" на гипотенузе одного из нарисованных им треугольников – равнобедренного прямоугольного треугольника, – рассказывает Гариб, ведущий автор статьи о Леонардо. – Мне стало интересно узнать, что Леонардо имел в виду под этой фразой".

Над анализом заметок Гариб работал с коллегами Крисом Ро, докторантом Калифорнийского технологического института, а ныне доцентом Корнельского университета, а также Флавио Нока из Университета прикладных наук и искусств Западной Швейцарии в Женеве. Нока предоставил переводы итальянских заметок да Винчи (написанных его знаменитым левосторонним зеркальным письмом, читаемым справа налево), когда троица работала над схемами рукописи.

В записях да Винчи описывает эксперимент, в котором кувшин с водой двигался по прямой, параллельной земле, выливая по дороге либо воду, либо зернистый материал (вероятнее всего, песок). Из его записей понятно, что он знал, что вода или песок не будут падать с постоянной скоростью, а будут ускоряться, а также, что материал перестанет ускоряться в горизонтальной плоскости, поскольку на него больше не влияет кувшин, и что его ускорение происходит только вниз под действием силы тяжести.

Если кувшин движется с постоянной скоростью, линия, образованная материалом во время падения, вертикальная, поэтому треугольник не образуется. Если кувшин ускоряется с постоянной скоростью, линия, созданная материалом при падении, образует прямую, но наклонную линию, со своей стороны затем образующую треугольник. И, как отметил да Винчи на ключевой диаграмме, если движение кувшина ускоряется с той же скоростью, с которой сила тяготения ускоряет материал во время падения, то образуется равносторонний треугольник — именно это сначала заметил Гариб, что да Винчи выделил примечанием "Equatione di Moti", или "выравнивание (эквивалентность) движений".

Да Винчи стремился математически обрисовать это ускорение. Именно здесь, по мнению авторов исследования, он не совсем попал в цель. Чтобы исследовать процесс да Винчи, команда использовала компьютерное моделирование для проведения эксперимента с вазой для воды. Это позволило обнаружить ошибку да Винчи.

"Мы увидели, что Леонардо боролся с этим, но он смоделировал это так, что расстояние падения объекта было пропорционально 2 в степени t [где t — время], а не пропорционально t в квадрате, — говорит Ро. — Это неправильно, но позже мы выяснили, что он использовал это неправильное уравнение правильным способом".

В своих заметках да Винчи проиллюстрировал объект при падении в течение четырех интервалов времени — периода, в течение которого графики обоих типов уравнений совпадают.

"Мы не знаем, проводил ли да Винчи дальнейшие эксперименты, исследовал ли этот вопрос глубже, — говорит Гариб. — Но тот факт, что он пытался решить эту проблему таким же образом — в начале 1500-х годов — демонстрирует, насколько далеко вперед пошло его мышление".

Ранее Фокус писал, что Ньютон мог ошибаться. Астрономические наблюдения указали на альтернативную теорию гравитации.