Великий художник исследовал и несущую способность колонн. Он, установил, что она прямо пропорциональна сечению колонны (что совершенно верно) и обратно пропорциональна длине (достаточно приблизительно). Так или иначе, он руководил строительством с истинно научных позиций, и можно себе представить, какое сильное впечатление производило на невежественных современников его строительное «ясновидение».
К сожалению, после его смерти многие его труды и открытия долгое время оставались неизвестными, а некоторые были безвозвратно потеряны. «Инженеры» следующих веков определяли размеры элементов, как это делали древние римляне, — по интуиции, «на глазок», так что аварии и катастрофы продолжали оставаться неизменным спутником строительной практики. Люди учились на своем горьком опыте, даже не подозревая, какую большую помощь им может оказать наука.
Первым исследователем, чьи труды не были утеряны, уничтожены или забыты, а наоборот, стали общепризнанными, многократно повторяемыми, проверяемыми и уточняемыми, является Гилилео Галилей.
После перипетий со святой инквизицией и «добровольного» отречения от своей космогонической теории он был вынужден уединиться в деревеньке Арчетри близ Флоренции. Там он посвятил свой деятельный дух давно задуманному (и далеко не безопасному) фундаментальному труду по физике, математике и механике. По важности идей и ценности выводов эта книга имеет не меньшее значение, чем его астрономический труд.
Галилей был глубоко убежден, что «книга природы еще будет написана… на языке математики; её буквами будут треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без которых человек не поймет языка этой книги, а будет блуждать в темном лабиринте природы». Кроме того, Галилей очень правильно понимал и роль эксперимента, считая, что он должен быть хорошо продуманным и спланированным, явление должно изучаться в чистом виде, без нарушающих факторов, и может интерпретироваться математически. Следуя по этому пути, великий итальянец дошел до некоторых основных истин механики, неизвестных в то время. Современники называли его всевидящим, что можно рассматривать как неофициальное признание его прозорливости.
Он начал с опытов на осевое растяжение, сначала на металлических нитях, а затем на деревянных балках. Введя понятие «абсолютное сопротивление» (по нынешней терминологии — несущая способность при осевом растяжении), Галилей доказал, что оно зависит не от длины элемента, а от площади его сечения, притом прямо пропорционально. Следующие опыты были на изгиб балок. Опытными телами были призматические деревянные балки, опирающиеся на массивную стену. И тут его острый глаз заметил то, что ускользнуло от внимания Леонардо. «Всякая пластинка или призма, — писал Галилей, — ширина которой больше толщины, оказывает наибольшее сопротивление изгибу тогда, когда она поставлена на ребро, а не когда лежит плоско. При этом сопротивление будет настолько больше, насколько ширина больше толщины».
Хотя математическая трактовка этих наблюдений была не совсем верной, Галилей все же сделал еще один шаг до пути познания. Он доказал, что геометрически подобные балки обладают разной прочностью, что балки меньшего размера всегда отличаются большей несущей способностью. На этом основании он позволил себе сделать более общее заключение: размеры всех живых и мертвых объектов в природе имеют некий верхний предел, поэтому, например, мухи не бывают такими, как слоны, а слоны такими, как горы. Материалы — кости животных, древесина растений — имеют некие предельные несущие возможности, которые не могут быть превышены. Величина объекта обусловлена усилиями и напряжениями, которые может выдержать его скелет, а также деформациями, которые не должны быть платой за функционирование организма или целостность объекта. Приблизительно так звучат фундаментальные выводы о живой и мертвой природе, сделанные с подчеркнуто инженерных позиций около пяти веков назад.
А после этого… После этого было открытие Гука — новый ключ к объяснению природы твердых тел. Оказалось, что они упруги, упорно сопротивляются внешним воздействиям и обладают особенностями поведения, которые придают индивидуальный облик конструкции, образуемой этими телами. Несколько позже известный французский ученый Мариотт самостоятельно разобрался в сущности закона и даже использовал его в вычислениях, связанных со строительством нового водопровода Версальского дворца. Более того, он заметил, что изгиб — это своеобразный симбиоз растяжения и сжатия: мысленно выделенные слои, параллельные оси элемента, укорачиваются или удлиняются, т.е. работают на растяжение или на сжатие.