Леонардо пользовался понятием импульса (impeto), имея в виду толчок, получаемый предметом, когда на него действует какая-то сила. «Тело в движении стремится сохранять то направление движения, которое оно получило в начальной точке, — писал он. — Каждое движение стремится сохранять самое себя; или, скорее, каждое тело, пребывающее в движении, продолжает двигаться до тех пор, пока в нем сохраняется влияние той силы, которая привела его в движение»[369]. Догадки Леонардо предвосхищали идеи Ньютона, спустя двести лет сформулировавшего первый закон механики: движущееся тело будет сохранять свое движение, пока другая сила не вынудит его изменить это состояние[370].

Леонардо рассуждал так: если бы можно было устранить все силы, замедляющие движение тела, тело могло бы продолжать двигаться вечно. Поэтому в 1490-х годах он исписал и изрисовал 28 тетрадных страниц, пытаясь понять: возможно ли построить вечный двигатель? Он искал способы помешать ослаблению импульса, размышлял над тем, как система могла бы сама создавать или восполнять импульс. Он придумывал самые разные механизмы: колеса с молотками на шарнирах, которые поворачивались бы, когда их часть колеса будет опускаться; приспособления для подвешивания к колесам грузов, которые заставляли бы эти колеса вращаться; винты, образующие двойную спираль; колеса с изогнутыми отсеками, внутри которых помещались бы шары, скатывающиеся к нижней точке при повороте колеса[371].

55. Проект вечного двигателя с водяным винтом.

Особенно занимала его мысль о том, что вечное движение можно было бы получить при помощи водяных механизмов. В одном из проектов (илл. 55) Леонардо предполагал использовать движение воды, чтобы поворачивать закрученную в спираль трубу, наподобие так называемого архимедова винта, и эта труба поднимала бы воду наверх, а затем вода падала бы и заставляла винт снова вращаться. Леонардо задавался следующим вопросом: сможет ли вода, низвергаясь вниз, поворачивать винт с достаточной силой, так чтобы винт снова мог поднять достаточно воды и чтобы этот процесс продолжался до бесконечности? И хотя механики продолжали биться над хитрой задачей еще три столетия, Леонардо вскоре пришел к точному и верному выводу о том, что это невозможно. «Падающая вода никогда не поднимет из места своего покоя количество воды, равное ей по весу»[372].

Рисунки служили ему наглядными мысленными экспериментами. Излишне было изготавливать и собирать все эти сложные механизмы: достаточно было зарисовать их на бумаге — и Леонардо уже мог представить себе, как именно они должны работать, и рассудить, смогут ли они производить вечное движение. В итоге, проверив множество разных методов и моделей, он заключил, что не смогут. Размышляя об этом, он показал, что есть смысл даже в попытках придумать вечный двигатель: можно убедиться, что есть задачи, не имеющие решения, и полезно понять, почему это так. «К числу неосуществимых устремлений человека относится поиск постоянного движения, которое некоторые зовут вечным колесом, — написал он во введении к своему „Мадридскому кодексу I“. — О искатели вечного движения, сколько лживых химер сотворили вы в этих поисках!»[373]

Трение

Леонардо понял: постоянному движению мешает неизбежная потеря импульса в движущейся системе, когда та соприкасается с окружающим миром. Трение приводит к потере энергии и не позволяет движению длиться бесконечно. О том, что вода и воздух оказывают телам сопротивление, он хорошо знал, потому что изучал полет птиц и движения рыб.

Так он подошел к систематическому изучению трения, что привело к нескольким ярким догадкам. Поставив ряд опытов с тяжелыми грузами, двигавшимися по наклонной плоскости, Леонардо обнаружил взаимосвязь между тремя определяющими факторами трения: весом предмета, гладкостью или шероховатостью поверхности и крутизной наклона. Он одним из первых вычислил, что величина силы трения не зависит от площади поверхности соприкосновения тела с плоскостью. «Трение, производимое телами одинакового веса, будет встречать равное сопротивление в начале своего движения, даже если будет соприкасаться с плоскостью частями разной ширины и длины», — писал он. Эти законы трения, и в особенности представление о том, что величина силы трения не зависит от площади поверхности соприкосновения, были важными открытиями, но Леонардо не стал их публиковать. Их пришлось заново открывать почти двести лет спустя французскому физику, изобретателю и механику Гийому Амонтону[374].