Словом, весь проект производства работ по сооружению моста был разработан удивительно остроумно и исчерпывающе. Дошедших до нас документов достаточно для того, чтобы инженеры могли произвести постройку моста. Следует особо подчеркнуть, что для определения очертания арочной формы Кулибин экспериментально применил построение веревочного многоугольника. В это время теорема о веревочном многоугольнике не была еще разработана. Начало теоретического обоснования этой теоремы относится к 30-м годам прошлого столетия. Теория о многоугольнике сил считается принадлежащей Вариньону[46]. Но работы Вариньона вышли позднее проекта Кулибина, и он не мог их знать. Кулибин самостоятельно открыл закон взаимодействия сил в арке, но он не сформулировал этого закона теоретически и потому не занял должного места в курсах теоретической механики.
Постройка Кулибиным модели в масштабе одной десятой натуральной величины моста была крупным событием в строительной технике того времени. Она показывала трудности, которые стояли перед изобретателем, и наглядно убеждала в возможности воплощения его идеи. Вот почему Кулибин остро осознавал всю важность постройки модели и настойчиво добивался выдачи на нее средств. В этом помог ему Г. А. Потемкин, всесильный фаворит царицы, который интересовался течением этого дела и, если верить рассказу первого биографа Кулибина П. П. Свиньина, будто бы даже приезжал к Кулибину. Вот как описан один из его визитов.
В 1776 году Кулибин в тесном кругу знакомых праздновал день своих именин. В это время посыльный известил Кулибина, что в Академию прибыл «светлейший князь».
Старый Петербург. Со старинной гравюры.
Проект деревянного арочного моста через Неву, составленный Кулибиным в 1776 году.
«Оставив стол и родных, Кулибин побежал встречать вельможу.
— Я приехал посмотреть твой мост, — сказал ему князь и взобрался на самую середину модели. — Что говорят об изобретении ученые?
— Господин Эйлер одобрил мое сочинение о вычислении тяжестей.
— Ну, а другие?
— Другие, ваша светлость, забавляются на мой счет.
Потемкин выразил одобрение модели и пошел к Кулибину на дом рассматривать чертежи. Он был удивлен, застав там гостей.
— Сегодня я именинник, — сказал смущенный Кулибин.
— Ах, вон как? Что же ты не позвал меня на именины? Ну, подавай вино, я хочу тебя поздравить».
Этот случай заставил говорить о Кулибине больше, чем все его изобретения. Петербургская знать долго судачила о посещении князем бедного механика. «Потемкин пил вино у Кулибина», — это волновало даже царедворцев. И угодливые академики наперебой спешили поздравить презираемого ими «плотника».
Модель строилась в отапливаемом сарае академического двора. В длину она была 14 саженей (около 30 метров). Строили ее 17 месяцев. «Весу в модели вышло 330 пудов, ей должно поднять на себе тяжести по правилу механики в 9 крат больше собственной своей тяжести, а именно 2 970 пудов, но для удобнейшего в том исчисления должно полагать вес со включением собственного в модели весу вдесятеро больше, коего составится вообще 3 300 пудов», — так говорит Кулибин в своем «Описании».
Общая стоимость модели, согласно счету Кулибина, выразилась в 3 524 рублях 96 копейках. Всего в разное время на нее было выдано правительством изобретателю 3 тысячи рублей. Выходит, что даже расходы по модели приходилось частично оплачивать самому механику, что делалось им, впрочем, не в первый раз.
Приближался день испытания модели. Большинство академиков смеялось над Кулибиным. Никому не верилось, что «доморощенные» расчеты могут к чему-нибудь привести.
Однако, не имея ни малейшего представления о сопротивлении материалов — научной дисциплине, без которой теперь ни один инженер шагу не сделает, — Кулибин вычислил сопротивление частей моста с помощью гирек и веревок и интуицией угадал законы механики, открытые позднее.
Из ученых только величайший математик XVIII века Эйлер-отец верил в Кулибина. Он даже взял его чертежи с математическими выкладками и проверил их. Все оказалось правильным. Выводы по проверке чертежей и математических правил Эйлер потом опубликовал в «Месяцеслове» с наставлениями на 1776 год, изданном Петербургской Академией наук. В статье «Легкое правило, каким образом из модели деревянного моста или подобной другой машины, которая тяжесть нести должна познавать можно ли тоже сделать в большем, чем в модели [виде]», приведены эти вычисления академика Эйлера, свидетельствующие о полной и научной обоснованности устройства кулибинской модели моста.
Но большинство академиков и после этого упорно не желало верить в русского изобретателя. «Этот Кулибин состроит нам лестницу на самое небо», — острили они и почти все были убеждены, что мост рухнет.
На проверке модели присутствовала комиссия, в которую входили лучшие ученые того времени — Леонард Эйлер, его сын Иоганн-Альбрехт, Семен Котельников, Степан Румовский, Крафт, Лексель[47] и адъюнкты[48]: Иноходцев, Фусс[49], Головин. Все члены комиссии насмешливо улыбались, был серьезен один Эйлер-отец — великий ученый своего века.
«Мы уже изъездили два моста, станем доезжать третий», — сказал один из профессоров. Его острота вызвала общее веселье. Дело в том, что академики незадолго до этого уже освидетельствовали две модели мостов, представленных механиками. Модели эти от тяжести обрушились.
Кулибин сам руководил переноской груза на мост. Было положено 3 тысячи пудов, что составляло предельную выносливость модели. Она держалась крепко. Кулибин велел увеличить тяжесть сверх нормы. Навалили кирпичей, и мост все же устоял. Взошли на мост все скептически настроенные академики и другие зрители. «А теперь, — сказал Эйлер, поздравляя Кулибина, — остается пожелать, чтобы исполнилось пророчество насчет лестницы до небес».
Академики еще раз проверили отношения между высотой моста и его длиной. Взяли мост под наблюдение: не будет ли каких изменений в нем во время пребывания под тяжестью. Был составлен «журнал» испытаний и представлен Екатерине. Заключение было следующее: проект признается правильным, по нему можно построить через Неву мост в 140 саженей.
«Сия модель, сделанная на 14 саженях, следственно содержащая в себе десятую часть предызображаемого моста, была свидетельствована Санкт-Петербургскою Академиею Наук 27 декабря 1776 года и к неожиданному удовольствию Академии найдена совершенно и доказательно верною, для произведения оной в настоящем размере».
Специалистов занимает вопрос о технических источниках творчества Кулибина. Хотя еще итальянский архитектор и инженер Палладио (1518–1580 гг.) изобрел сквозные фермы из дерева, но только в начале XIX века начался расцвет строительства деревянных мостов. Забытые фермы Палладио надо было изобретать заново.
Не могла быть прототипом кулибинского изобретения и модель швейцарца Альдова, появившаяся одновременно с кулибинской и хранящаяся среди коллекций Ленинградского музея железнодорожного транспорта. В свое время ее даже принимали за кулибинскую, и об этом были споры в газетах. Но у Кулибина конструкция пролетного строения совершенно иная, не говоря уже о том, что она проще, четче и экономнее.
И у других заграничных инженеров (знаменитый Перроне, Миноцци, Геррард), которым Екатерина II заказывала модели мостов разной конструкции, Кулибин не мог ничего заимствовать, потому что свои проекты они составляли после него.
Правда, в качестве материала они уже проектировали камень. Но и в этом отношении Кулибин в дальнейшем опередил их: позднейшие его проекты (например, проекты 1814 года) предусматривали применение железа, тогда еще не распространенного в строительстве мостов.
Установлено, что Кулибин задумал свой проект арочного моста еще до объявления конкурса Лондонской Академией. Мысль эта стала занимать его тотчас по приезде в Петербург. Уже в 1771 году была построена и осмотрена его первая модель. Но нельзя отрицать, что объявление Лондонской Академии подтолкнуло Кулибина в его работе. Он даже выписал это объявление из «Санкт-Петербургских ведомостей». Но когда он создавал проект, то думал не о Темзе, а о Неве. Премия не была для него решающим стимулом в работе. Сохранилась черновая запись изобретателя, свидетельствующая о его истинных помыслах: «Таким образом, описанный к представлению на чертеже мост можно было построить (в соответственное доказательство желаемого наперед сего лондонского академического моста, простирающегося до 900 футов) здесь в Санкт-Петербурге над Невою рекою при всех находящихся ввиду около его предметов, простирающийся из одной дуги на 140 сажен или 980 футов английской меры, в чем уже и возможно через опробованную модель совершенно неоспоримо доказано».
46
Веревочный многогранник или многоугольник Вариньона — весьма важное построение в графической статике (наука о графических приемах решения задач статики, в частности статики сооружений), позволяющее свести любую систему сил к двум силам, имеющим произвольные направления.
47
Лексель, Андерс Иоганн (1740–1784) — швед, сын чиновника. В качестве профессора математики приехал в 1768 году в Петербург, привлеченный идеей работать вместе с Эйлером. Он получил от Академии возможность путешествовать по Европе, по возвращении остался в Петербурге вместо умершего в 1783 году Эйлера. Скончался он скоропостижно от гангрены. Ему принадлежат важные открытия в области сферической геометрии и движения комет и планет.
48
Адъюнкт (лат.) — ученое звание, заместитель профессора. Звание это в России упразднено университетским уставом 1863 года. Вместо него введено было звание «доцент».
49
Фусс, Николай (1755–1826) — ученик Д. Бернулли, приглашенный в Россию Л. Эйлером. Эйлер подготовил своего помощника к научной деятельности. Фусс стал потом академиком, читал математику в Дворянском сухопутном корпусе, принял русское подданство, был секретарем Академии Наук. Он выпустил ряд значительных трудов по математике. Состоял членом многих европейских академий. Это он сообщил в переписке заграничным ученым об арочном мосте Кулибина.