Техническая графика в творческой деятельности инженера, ученого и педагога А. А. Бетанкура (1758-1824) (к 250-летию со дня рождения)

ПЕРСОНАЛИИ

М. М. Воронина, Н. А. Елисеев, И. М. Соловьева

ТЕХНИЧЕСКАЯ ГРАФИКА В ТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНЖЕНЕРА, УЧЕНОГО И ПЕДАГОГА А. А. БЕТАНКУРА

С древних времен инженерами для передачи графической технической информации использовались 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 в. трудами западноевропейских ученых 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 производства1.

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”, т.т. I-IV, под заглавием: “Le?ons de geometrie deskriptive, donnees a l’Ecole normale, publiees d’abord en feuilles, d’apres les stenographes”»2. Первое полное издание этих лекций появилось в 1798-1799 гг. под заглавием “Geometrie Descriptive” («Начертательная геометрия»).

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

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

Вторая цель начертательной геометрии — выводить из точного описания тел все, что неизбежно следует из их формы и взаимного расположения. В этом смысле — это средство искать истину; она дает бесконечные примеры перехода от известного к неизвестному .»3.

Становление начертательной геометрии ознаменовало большие прогрессивные изменения в инженерном деле и технической графике. 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»4.

Новая наука, включающая в себя по программе Г. Монжа5 не только теорию и разделы из прикладной области: теорию перспективы, теней, тушевки и черчение, — но также элементы строительного искусства, общей теории машин, стала быстро распространяться во Франции, а затем и в других странах Европы.

© М. М. Воронина, Н. А. Елисеев, И. М. Соловьева, 2008

Конец XVIII — первая половина XIX вв. — 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 серьезного 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 вв. имели работы Я. Лей-польда «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. Началось развитие 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) еще в XVII в.6 Эти свойства объектов реальны, поддаются чувственному восприятию человека и, следовательно, могут быть положены в основу их изучения. Великий ученый 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 внес Г. Монж7. Им было определено геометрическое направление в изучении и развитии механики машин, основанное на идее движения и преобразования движения элементарными механизмами, которое он начал разрабатывать 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 и 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 др. продолжили развивать идеи своего учителя относительно исследования, классификации и конструирования машин.

Одним из учеников Г. Монжа, поклонником его геометрических идей и продолжателем в деле развития науки построения машин был Августин 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.

Будучи прекрасным художником, А. А. Бетанкур получил дополнительное графическое образование в Парижской национальной школе мостов и дорог на основе теории начертательной геометрии, что способствовало дальнейшей научной и инженерной деятельности А. А. Бетанкура.

В это время начертательная геометрия уже стала одной из основных инженерных наук. Методы изображения все шире применялись в специальных инженерных дисциплинах для решения практических задач начертательной геометрии, давая достаточно точные, но самое главное — наглядные решения. Поэтому эта наука стала объединять в какой-то мере многие разрозненные технические дисциплины8.

Начертательная геометрия в сочетании с другими разделами математики использовалась учеными и инженерами как инструмент исследования9, а графические дисциплины (черчение, рисование) — как наилучший способ визуализации результатов исследований.

Техниками при выполнении двухпроекционного чертежа инженерной конструкции точно соблюдался масштаб и выполнялись собственные и падающие тени при раскраске чертежа, которые придавали изображению большую наглядность и измеряемость, заменяя третью проекцию объекта (рис. 1)10.

Говоря о продолжении развития науки о построении машин, можно утверждать, 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 расширила область ее применения, чему способствовали талант инженера и его геометро-конструктивные представления о машинах и механизмах, а также прекрасное знание физики и математики, т. е. формы, размеров и движения.

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

Рис. 1. Механическое устройство для подъема судов А. А. Бетанкур. 1808 г.

При осмотре паровой машины двойного действия Уатта, применяемой на мельнице у моста Черного монаха в Лондоне, инженер Бетанкур по внешней форме корпуса машины, почти полностью закрытого кирпичным кожухом, и ряду физических признаков ее работы установил принцип действия машины, выполнил необходимые чертежи (рис. 2-3) и самостоятельно построил паровую машину двойного действия11.

И это был не единичный случай. Во время поездки в 1793-1796 гг. в Англию А. А. Бетанкур только по внешнему виду машины сумел выполнить чертеж гидравлического пресса Д. Брамаха, и в 1797 г. во Франции совместно со своим другом Перье получил патент на его промышленное использование.

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 их принципа действия. «Требование столь характерное

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

Рис. 3. Чертеж, показывающий принцип работы паровой машины А. А. Бетанкур. 1789 г.

для педагогической школы Монжа, суть которой можно выразить несколькими словами: цель всякого обучения — подготовка к практической деятельности»12.

Способствовали осмыслению и совершенствованию методов изображения 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 1802 г. К этому времени в Кабинете машин насчитывалось 271 модель и 327 чертежей, выполненных 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).

В начале XIX в. идеи политехнического высшего образования попали на плодотворную российскую почву, что практически совпало по времени с учреждением в 1809 г. Петербургского института Корпуса инженеров путей сообщения (ИКИПСа), организованного по примеру Парижской школы мостов и дорог и Политехнической школы13.

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

Рис. 4. Таблица различных видов передачи движения элементарными механизмами в машинах

X. М. Ланц и А. А. Бетанкур. 1908 г.

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

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

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

Рис. 8. Перспектива Манежа в г. Москва А. А. Бетанкур. 1818 г.

был несравненно пространнее, вмещая в себя все высшие науки, определяемы будут в Корпус инженеров путей сообщения»14.

Как и его учитель Г. Монж, Августин Августинович Бетанкур — организатор и первый инспектор (ректор) Петербургского 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»15.

С первых дней существования ИКИПСа пристальное внимание профессорско-преподавательского состава, под влиянием А. А. Бетанкура, уделялось уровню преподавания как специальных, так и общенаучных и общеинженерных дисциплин.

Этому также способствовало привлечение по инициативе А. А. Бетанкура иностранных инженеров и ученых для преподавания в институте и для производства работ по ведомству, использовавших в обучении естественнонаучным и техническим дисциплинам

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

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 четырехлетний срок обучения. В 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 Российского16.

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 г., когда в связи с началом Отечественной войны французские ученые были высланы из Петербурга, лекции по начертательной геометрии читал сам А. А. Бетанкур, привлекавший к репетиторской работе по данному курсу воспитанника института третьего года обучения Федора Ивановича Рерберга (1766-1813).

Верный своим убеждениям, А. А. Бетанкур создал в Институте Музей, в котором собрал коллекцию моделей и чертежей машин, механизмов и различных инженерных конструкций, используемых в учебном процессе, способствовал организации научнотехнической библиотеки и литографированию курсов лекций ученых Института практически по всем дисциплинам.

Безусловно, все это отразилось на преподавании графических дисциплин. Широко стали применяться для лучшего усвоения лекционного материала по начертательной

геометрии специальные модели из различных материалов и наглядные графические модели, многие из которых изготавливали 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 и выполнялись в рамках геометрического направления в изучении и анализе машин, механизмов. В Институт для преподавания направлялись инженеры, имеющие опыт практической работы в Корпусе.

С 1815 г. 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).

Впоследствии ведущими лекторами стали воспитанники Института Я. А. Севастьянов (1796-1849), П. А. Докушевский, Е. П. Суханин и др., перенявшие опыт и продолжившие традиции западноевропейской геометрической школы.

Выдающиеся инженеры и ученые 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»17.

В этом была большая заслуга А. А. Бетанкура — ученого, создавшего в отечественной педагогике новое направление — политехническое обучение, понимавшего значение графического образования для инженеров высокой квалификации — инженеров-изобретателей, инженеров-исследователей.

Деятельность А. А. Бетанкура как ученого, педагога и инженера — горноразра-ботчика, строителя, механика, технолога — уникальное явление в истории науки и техники.

В тексте использовались иллюстрации из материалов Выставки, посвященной жизни и творчеству выдающегося ученого, 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.

1 Елисеев Н. А. Предпосылки формирования теории аксонометрических проекций в трудах западноевропейских ученых ХУ1-ХУШ вв. // Математика в ВУЗе: Материалы XIII Междунар. науч.-метод. конф. / Псковский политехнический институт. Псков, 2001. С. 126-127.

2 Каргин Д. И. Гаспар Монж и его геометрия // Монж Г. Начертательная геометрия / Под общ. ред. Т П. Кравца. М., 1947. С. 271.

3Монж Г. Начертательная геометрия / Под общ. ред. Т П. Кравца. Л., 1947. С. 10.

4Монж Г. Начертательная геометрия / Под общ. ред. Т П. Кравца. Л., 1947. С. 10.

5 Монж Г. Начертательная геометрия / Под общ. ред. Т. П. Кравца. Л., 1947. С. 9-12.

6 Кузнецов Б. Г. Галилей. М., 1964. С. 130.

7 См.: Павлов В. Е., Тарасов Б. Ф. Гаспар Монж и развитие его идей в Петербургском институте Корпуса инженеров путей сообщения. СПб., 1996; Тарасов Б. Ф., Елисеев Н. А. Начертательная геометрия Гаспара Монжа в России.

Исторический экскурс (к 260-летию со дня рождения) // Вестн. Петерб. гос. ун-та сообщения. СПб., 2006. С. 113-117; Демьянов В. П. Геометрия и Марсельеза. М., 1986.

8 Шульжевич В. А. К вопросу о значении начертательной геометрии в XIX веке // Начертательная геометрия и ее приложения: Сб. трудов. Л., 1965. Вып. 240. С. 3-10.

9 Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ. / Под. ред. и с предисл. В. И. Аршинова, Ю. В. Сачкова. М., 1988. С. 30-123.

10 См.: Memoria sobre un Nuevo Sistema de Navegacion Interior. Noticias Biograficas de D. Agustin de Bethencout y Molina // Materiales de Historia de la Ciencia. Fundacion Canaria orotava de Historia de la Ciencia. 2003. № 5.

11 Боголюбов А. Н., Павлов В. Е., Филатов Н. Ф. А. А. Бетанкур (1758-1824). Ученый, инженер, архитектор, градостроитель. Н. Новгород, 2002. С. 83.

12 Демьянов В. П. Геометрия и Марсельеза. М., 1986. С. 129.

13 Каргин Д. И. Гаспар Монж и его геометрия / Под общ. ред. Т. П. Кравца // Монж Г. Начертательная геометрия. М., 1947. С. 245-257.

14 Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика Образцова (1809-1959). М., 1960. С. 16.

15Монж Г. Начертательная геометрия / Под общ. ред. Т. П. Кравца. Л., 1947. С. 12.

16Прокудин И. В., Тарасов Б. Ф. Проректоры по учебной работе Петербургского государственного университета путей сообщения (1809-1999). СПб., 1999. С. 79.

17 Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика Образцова (1809-1959). М., 1960. С. 36.