Электрические машины, микроскопы, телескопы, подзорные трубы, астролябии, готовальни, ватерпасы, лорнетные стекла, электрические банки, точные весы – всё это и ещё многое другое создается под руководством Кулибина в академических мастерских.
Русские ученые получают возможность проводить свои опыты на отечественных приборах.
В письменном отзыве о работе Кулибина академик Румовский отмечает, что Кулибин «заслуживает от академии особую похвалу».
Но академические мастерские удовлетворяют не только нужды академии, а принимают заказы от других учреждений и частных лиц. Они становятся известными по всей России.
Русские корабли уходят в плавание, снабженные отечественными приборами. Эти приборы сделаны в академических мастерских.
Особенно много времени и сил Кулибин отдает оптическим приборам. Он находит состав сплавов, необходимые размеры стекол, делает много опытов. И в этом отношении Кулибин, в числе немногих оптиков того времени, продолжает и развивает дело, начатое Ломоносовым.
Кулибин в академических мастерских.
Одним из первых в России Кулибин сделал микроскоп и телескоп и первый наладил производство этих приборов в большом количестве. Вместе с Кулибиным в мастерской академии работает Иван Иванович Беляев с сыном Андреем Беляевым и Шерсневский. Иван Иванович Беляев был замечательным оптиком, поступившим в академию почти с момента её основания и проработавшим в ней пятьдесят пять лет. Шерсневский помогал Кулибину ещё в Нижнем Новгороде и был им оттуда выписан.
В 1775 году Кулибин вместе с Беляевым и Шерсневским сконструировали и изготовили первый в мире ахроматический микроскоп, рассчитанный Эйлером.
По тому состоянию оптической техники создание этого микроскопа было делом чрезвычайной трудности и требовало исключительного умения. Достаточно сказать, что для микроскопа нужно было выточить линзы диаметром около 3,5 миллиметра и толщиной в несколько десятых миллиметра. При этом все размеры должны были быть выдержаны очень точно.
Кулибин не забыл и завод, тот стекольный завод, на котором он побывал сразу по приезде. Иван Петрович механизировал процесс производства стекла. Сконструировал устройства для подачи тиглей из печи и для разлива стекла. Эти механизмы облегчили труд работных людей и позволили делать листовые зеркальные стекла таких размеров, какие не изготовлялись ни в одной стране.
В академических мастерских у Кулибина были ученики. Он обучал их всему тому, что знал сам, ни из чего не делая секрета. Многие его ученики стали впоследствии хорошими мастерами.
Кулибин и сам настойчиво занимался, доставал книги, читал, непонятное спрашивал у ученых академии. И хотя работе в мастерских он отдавал много сил, всё же не переставал думать над разрешением больших технических задач, связанных с развитием родной страны. Его интересовали вопросы судоходства, сооружения мостов, изобретения новых приборов – всё, что могло служить народу для улучшения его жизни.
Между Васильевским островом и Адмиралтейской стороной, как раз против того места, где строился памятник Петру I, наведен наплавной Исаакиевский мост. Он построен на барках, поставленных от одного берега к другому на некотором расстоянии друг от друга. Этот мост являлся единственным мостом, соединявшим две большие части города.
Но он очень неудобен. Каждую осень, перед тем как река замерзала, мост приходилось разбирать. Иначе льдины могли его сломать. Тогда между Васильевским островом и Адмиралтейской стороной прекращалось всякое сообщение. Какие бы срочные дела ни ожидали на другом берегу, – их выполнить было невозможно. И только когда на Неве устанавливался надежный ледяной покров, люди могли переправляться через Неву прямо по льду. Но с приближением весны лед становился ломким, начинал таять – и тогда сообщение опять нарушалось. И лишь после того, как сходил весь лед, снова наводили мост.
Но тогда выявлялось другое неудобство: мост мешал судоходству по Неве.
Этот мост не отвечал требованиям города. Столице нужен такой мост, который не боится ледохода и не мешает плаванию судов по Неве. Столице нужен не наплавной, а постоянный мост через Неву.
Эта мысль с самого приезда неотступно владела Кулибиным.
Для того времени построить такой мост – очень сложная задача. На Неве не было ни одного постоянного моста, да и вообще в России был только один значительный по своей длине мост – Каменный мост в Москве. Остальные мосты небольшие, перекинутые через узкие реки или каналы, подобные Аничкову мосту. Мостостроение в те годы было развито слабо не только в России, но и в других странах. Наука о строительстве мостов была ещё в зачаточном состоянии.
Несмотря на всё это, Кулибин решил взяться за трудную задачу.
«С начала моего в Санкт-Петербург приезда, ещё прошлого, 1769 года усмотрел я в вешнее время по последнему пути на реках, а особливо на Большой Неве, обществу многие бедственные происшествия. Множество народа в прохождении по оной имеют нужду, проходят с великим страхом, а некоторые из них и жизни лишились во время шествия большого льда вешнего и осеннего. Перевоз на шлюпках бывает с великим опасением, и продолжается оное беспокойство через долгое время, да когда уже и мост наведен бывает, случаются многие бедственные и разорительные приключения, как то: от проходу между часто стоящих под мостами судов плывущим сверху судам и прочее; воображая всё оное и другие неудобства начал искать способ о сделании моста», – писал Кулибин.
Прежде всего нужно было выбрать конструкцию моста. Нева – река глубокая, с быстрым течением. В такой реке трудно соорудить опоры. Это соображение натолкнуло Кулибина на мысль построить мост из одного пролета, в виде арки. Концы моста должны были опираться прямо на берега Невы, без всяких промежуточных опор.
В наилучших мостах того времени пролет достигал пятидесяти-восьмидесяти метров. Ширина же Невы была около трехсот метров. Построить однопролетный мост через такую широкую реку было смелым дерзанием, граничащим с фантастикой.
Восемь долгих лет методически, упорно, шаг за шагом преодолевая трудности и улучшая конструкцию, работал Кулибин над мостом. За это время он построил три модели, сделал расчеты, провел массу опытов на приборах, им же самим сконструированных, составил окончательный проект моста и план работ по его сооружению.
Материалом для своего моста Кулибин выбрал дерево. Первую модель он сделал в 1771 году. Хотя она выдержала испытания, всё же он нашел в ней недостатки. «Что-нибудь новое сыскивая, с первого сделания без поправки мало удается», – писал Кулибин. Новое «требует труда и многих опытов», – читаем дальше в его записях.
И он ищет это новое, много трудясь и ставя опыты.
Кулибин дает расчет всех частей моста. Определяет давление в фундаменте. Доказывает, что качество моста можно проверить по результатам испытания модели. Впоследствии этот метод Кулибина получил широкое распространение. Пользуются им и сейчас. Например, при проектировании Володарского моста в Ленинграде сперва была сделана и испытана модель, а затем приступили к строительству моста.
Наконец, Кулибин опытным путем находит закон взаимодействия сил в арке моста, что дает ему возможность правильно рассчитать и построить конструкцию. Это явилось крупным открытием в механике. Лишь много позднее, в 1785 году, мы находим изложение этого вопроса у французского математика Вариньона. И только через пятьдесят лет, в 1823 году, было дано теоретическое обоснование этого закона в виде «теоремы о веревочном многоугольнике».
Эта теорема является одной из основных теорем в механике. Опытным путем её первый доказал и применил Кулибин.
Весь расчет моста, который сделал Кулибин, был выполнен настолько грамотно, что если произвести его сейчас, по всем правилам современной науки, получатся те же результаты. (Такой расчет приведен в трудах Академии наук: «Архив истории науки и техники» за 1936 год.)
Конструкция моста Кулибина была совершенно новой. Впервые в мире Кулибин применил решетчатую ферму. Всё строение моста состояло из перекрестно скрепленных деревянных стержней. Это и являлось системой решетчатых ферм.
Из таких решетчатых ферм были построены все три модели Кулибинского моста.
Позднее решетчатые фермы стали применяться во многих мостах как у нас, так и за границей.
Но, хотя Кулибин первый построил решетчатую ферму, она неверно называлась «американской фермой Тауна», несмотря на то, что американский инженер Таун предложил решетчатую ферму на пятьдесят лет позднее Кулибина.
В конце 1772 года Кулибин построил вторую модель. Последние свои гроши он тратил на опыты и модели, а сам жил очень бедно. Свои расчеты и модели Кулибин представил в Академию наук. Но некоторые академики не доверяли расчетам Кулибина. «Какие расчеты может сделать «плотник», не знающий математики и механики!» – рассуждали они. Над Кулибиным открыто смеялись. И хотя модели его выдержали все испытания, академики нашли их «сумнительными».
