Средневековье (конец V—середина XVII веков). К XI веку в ряде стран стали развиваться города, налаживаться связи между регионами. Ремесленники, работавшие на заказ, на рынок, объединялись в цеха для защиты от притеснений феодалов, более успешной конкуренции и совершенствования мастерства. Цех не только защищал, но и довольно жестко регламентировал деятельность своих членов, технологические, экономические и организационные моменты. Существовал даже запрет на увеличение производительности труда и технологические новшества.
С крестовыми походами в Европу пришли многие технические новинки из заморских стран. Открытия и изобретения были сделаны и в самой Европе. В XI—XII веках античное изобретение — водяные мельницы — все шире распространяется Европе. Расширяются области использования: мельницы приводят в движение кузнечные молоты и пилы, отбивают сукно. В XIII веке их применяли для растирания красок, волочения проволоки и даже как привод токарных станков.
Очень важную роль в развитии техники средних веков сыграли механические часы. Правда, еще в 723 году буддийский монах и математик И Син в Китае сконструировал часовой механизм, приводимый в движение водой и названный им «сферической картой поднебесья с высоты птичьего полета». Точная дата появления первых часов в Европе неизвестна, но в XIII веке они, во всяком случае, уже существовали. В частности, башенные часы с одной часовой стрелкой были установлены в лондонском Вестминстере в 1288 году. Башенные часы Страсбургского собора (1354) представляли собой подлинное произведение искусства. Они показывали фазы Луны, Солнца, части суток и часы, отмечали церковные праздники.
Пружинные часы были изобретены в 1450 году, а к концу XV века в употребление вошли переносные пружинные часы. К. Маркс отмечал: «Часы — это первый автомат, употребленный для практических целей. На их основе развилась вся теория производства равномерных движений». Основоположником этой теории стал выдающийся голландский механик и математик Христиан Гюйгенс (1629—1695). Он не только создал новую конструкцию (в качестве регулятора применил маятник в стационарных часах, спираль — в переносных, а также балансир), но и описал изобретение в «Маятниковых часах».
Не менее, а возможно, еще более важное достижение средневековья — книгопечатание. История создания техники книгопечатания весьма длинна. Собственно книгопечатание начинается с использования деревянных досок, на которых гравировались текст и рисунки. Покрытая тушью доска прижималась к листу бумаги (Китай, первая половина VIII века). Первые отпечатки были в виде длинных бумажных свитков, позднее их начали складывать «гармошкой», а уж потом — «бабочкой».
В Европе немецкий мастер Иоганн Гуттенберг (1400—1468) начал печатать книги (первой была Библия — 1450 год) на созданном им станке с подвижных наборных литер, которые позволяли набирать текст крупными фрагментами.
Технический комплекс полиграфии, сформировавшийся к концу XV века, стал одной из первых отраслей развитого мануфактурно-промышленного производства. Только за один 1501 год в 1120 типографиях 254 городов Западной Европы были напечатаны 12 млн экземпляров книг.
Первопечатник на Руси — Иван Федоров; первая датированная книга, напечатанная на Московском печатном дворе, — «Апостол» (1564). Иван Федоров же был создателем начального учебника грамоты «Азбука».
Леонардо да Винчи (1452—1519) —яркая личность Раннего Возрождения. Живописец, скульптор, архитектор, инженер и ученый, занимавшийся механикой, физикой, астрономией, геологией, ботаникой, анатомией и физиологией человека, животных, птиц и т.д.
Методика творчества Леонардо да Винчи была сродни современному дизайнерскому проектированию. Он соединял науку, технику и искусство в практических целях
Во-первых, глубокий анализ и изучение сферы, в которой ведется поиск идеи. Так в 1470-е годы Леонардо был настолько увлечен идеей коренного улучшения ткацкого производства во Флоренции, что забросил все текущие заказы и полностью погрузился в изучение технологии текстильного дела, всех его тонкостей.
В 1499 году Леонардо попытался воплотить свою заветную мечту по созданию летательного аппарата. Он многие дни наблюдал за полетом птиц, анализировал. Его выводы и предложения оказались близки тем, к которым через 400 лет придут наши соотечественники — ученый Н.Е. Жуковский и морской офицер А.Ф. Можайский, который также начинал проектирование самолета с наблюдения и изучения полета птиц.
Во-вторых, вслед за многочисленными эскизами выполнялись чертежи с детальной проработкой.
В-третьих, моделирование, постройка макетов и новые циклы уточнений, доработок, текстовых пояснений и т.д.
Практически при его жизни ничего из его технических идей и разработанных конструкций не было реализовано. Он опередил свое время на 500 лет.
Только наши дни позволили достойно оценить творения гения. Утверждают, что проект летательной машины, оснащенной спиральным винтом, вдохновил И.И. Сикорского (1889—1972) на создание современного вертолета. Цитата из рукописей Леонардо: «... винтовой аппарат, который, если его вращать с большой скоростью, ввинчивается в воздух и поднимается вверх» несомненно может рассматриваться как проект геликоптера. Самый ранний дошедший до нас проект парашюта принадлежит также Леонардо да Винчи. Он писал: «Если человек имеет шатер из полотна шириной 12 локтей и 12 локтей в высоту, то он может прыгать с любой высоты без вреда для себя».
Особый интерес Леонардо проявлял к строению глаза, особенностям зрительного восприятия. В изучении оптики он также во многом обогнал своих современников. Он знал, что зрительные образы на роговице глаза проецируются в перевернутом виде и проверил это с помощью созданной им камеры-обскуры.
Его завораживали оптические иллюзии; некоторым из них он дал объяснения, пригодные и сегодня. На расстоянии ярко освещенный предмет кажется больше, чем освещенный слабо. Леонардо отмечал, пользуясь теми же точно терминами, что и современный учитель физики, что «угол падения всегда равен углу отражения». Создавая инструмент для измерения интенсивности света, Леонардо нарисовал фотометр не менее практичный, чем тот, который был предложен американским ученым Бенджамином Румфордом три столетия спустя. Ему был знаком такой предмет как очки, и в старческом возрасте он, очевидно, сам их изготовлял для себя.
Тексты Леонардо, как правило, не отделимы от сопровождающих их рисунков; они переплетаются между собой, взаимно дополняя и объясняя друг друга.
Несомненно, мечтой Леонардо был полет человека. Он спроектировал модель летательного аппарата с крыльями, как у летучей мыши (1490). Аппарат должен был использовать мускульные усилия ног и, частично, рук. Сконструированный аппарат в точности повторял строение птицы и должен был дать человеку возможность совершать те же движения, что и пернатые. Крылья, изготавливаемые из тонких и прочных ивовых прутьев, покрытых накрахмаленным полотном, должны были приводиться в движение сложной системой рычагов, соединенных с педалями. Руки удерживали рычаги управления.
Еще древние греки научились применять для увеличения мелких предметов стеклянные шарики с водой. В Древнем Китае XIII века линзы из шлифованного кварца или полудрагоценных камней использовались пожилыми людьми при чтении. Примерно в это же время стеклянные линзы применялись в Италии.
Подлинный прорыв в способах изучения природы произошел после изобретения телескопа, позволившего заглянуть в далекие просторы Космоса, и микроскопа, открывшего мир ничтожно малых объектов.
Первые удачные зрительные трубы с линзами из горного хрусталя изготовили голландские очковых дел мастера Иоанн Липперсгей и Якоб Адриансен.
Галилео Галилей (1564—1642), великий итальянский ученый. Он фактически первым создал подзорную трубу на научной основе, а также ясно осознал возможности нового инструмента для мореходства, военного дела и астрономии.
Благодаря одной из первых труб Галилея, с колокольни собора Святого Марка увидели в море корабли, которые стали видны невооруженным глазом лишь через два часа, хотя шли на всех парусах.
Создание Галилеем перспективы (так первоначально называли телескоп) ознаменовало собой подлинную революцию в оптике.
Его усовершенствованный инструмент увеличивал в 32 раза, тогда как прежние давали увеличение всего в 3—6 раз. С помощью этого телескопа Галилей открыл спутники Юпитера, горы на Луне, сложность структуры Млечного Пути.
Его книга «Звездный вестник», вышедшая в 1610 году и содержавшая схему инструмента, позволила Иоганну Кеплеру (1571—1630), немецкому астроному, которому Галилей послал в Прагу свою книгу, разработать не просто новую, более совершенную конструкцию, а уже обосновать теорию телескопа. С этого началась истинная наука об оптических инструментах (телескопах и микроскопах).
Выдающийся английский ученый Исаак Ньютон (1643—1727) считал невозможным дальнейшее улучшение линзовых объективов. Он начал изготавливать зеркальные телескопы, объективы которых представляли собой вогнутые сферические зеркала из металла. В 1668 году Ньютон построил свой первый зеркальный телескоп — миниатюрный прибор длиной всего в 15 см и диаметром зеркала 2,5 см. С его помощью можно было увидеть спутники Юпитера.
Микроскоп — инструмент, функция которого заключается в получении сильного увеличения изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооруженным глазом.
С помощью микроскопов сделаны многие важнейшие открытия в сфере микромира; их роль огромна в становлении и развитии материалистических представлений о природе.
Микроскоп давно стал и остается одним из самых универсальных инструментов в научных и прикладных исследованиях.
Первые сложные микроскопы, появившиеся в начале XVII века. Распространению микроскопа и в конечном счете, совершенствованию инструмента способствовала не его научная ценность, а мода на вещь.
«Отцами» микроскопии можно считать англичанина Роберта Гука и голландца Антони ван Левенгука, с чьими именами связаны первые блестящие успехи применения микроскопов в исследовательской практике. К тому же микроскопы они изготавливали сами.
Роберт Гук (1635—1703) задался целью построить инструмент для совершенно определенных целей: высокоточных исследований мельчайших объектов природы. Гук, во-первых, разработал новую оптическую схему с третьей коллективной линзой и набором сменных объективов, во-вторых, сконструировал тубус, позволявший менять расстояние между объективом и окуляром, изменять его наклон и перемещать тубус в вертикальной плоскости, в-третьих, снабдил микроскоп осветительной системой, в-четвертых, ввел подвижный объектодержатель.
