高中工程/中世纪和文艺复兴时期欧洲的工程
欧洲的中世纪和文艺复兴时期横跨公元500年到公元1600年。中世纪欧洲的生活通常被描述为“黑暗时代”，这给人一种印象，即在技术或工程方面没有进展。在某些方面，这种描述是正确的。例如，罗马人建造的复杂水利工程，为他们的城市提供饮用水，在中世纪的欧洲城市中没有被复制。卫生下水道也没有。因此，水传播疾病是许多这些城市中反复出现的问题。然而，在其他方面，这种描述是不正确的。在此期间开发了几个重要的工程概念和技术，为工业革命期间的快速技术进步奠定了基础。工程师开发了建造令人惊叹建筑物的技术，包括大教堂和城堡。工程师还改进了船舶的设计，使欧洲探索世界其他地区成为可能。活字印刷术及其相关印刷技术的开发，以及线性透视和工程绘图技术的开发，使识字和信息传播成为可能。我们将在本节中讨论这些进展。
工程取得重大进展的一个领域是建造大教堂、城堡和其他大型建筑物。大教堂从 4 世纪开始在欧洲各地建造，一直持续到今天。在中世纪的欧洲，大教堂是按照罗马式风格建造的（在 10 世纪和 11 世纪），后来按照哥特式风格建造的（在 12 世纪到 16 世纪）。罗马式建筑的特点是厚厚的墙壁、圆形拱门和大塔。哥特式建筑的特点是墙壁更薄，有大的窗户、尖拱和飞扶壁。一些技术进步使哥特式大教堂成为可能。飞扶壁将屋顶和上层楼层的重力从屋顶和上层楼层转移到外部柱子上；这使得墙壁可以很薄，并有大的窗户。此外，使用尖拱和肋拱将力量转移到柱子上，而不是转移到墙上。
图 3 显示了巴黎圣母院大教堂的西立面。注意尖拱和大的窗户。图 4 显示了帮助支撑大教堂屋顶的飞扶壁。大教堂的建造始于 1163 年，直到 1345 年才完工。
中世纪欧洲工程取得重大进展的另一个方面是帆船的设计和建造。在斯堪的纳维亚半岛，维京长船在中世纪达到了其发展的顶峰。这些船速度很快；它们被用来运送货物以及运送维京人远征队进行长途袭击。长船有一个桅杆，上面装有方形帆。
中世纪欧洲帆船的进步，特别是西班牙和葡萄牙的进步，为欧洲探索和殖民北美和南美洲以及非洲奠定了基础。对这种探索影响最大的两种帆船类型是卡拉维尔帆船和大帆船。卡拉维尔帆船是一种小型、高度可操纵的帆船，有两个或三个桅杆，如图 5 所示。大帆船是一种较大的帆船，有三个或四个桅杆和方形帆；它足够大，可以运送大量货物，并在长途航海中保持稳定。图 6 显示了一艘大帆船。克里斯托弗·哥伦布（1451-1506）驶往新大陆的小型舰队由一艘大帆船（圣玛丽亚号）和两艘卡拉维尔帆船（平塔号和尼娜号）组成。
中世纪的第三项进步，最初可能不会被认为是工程学，是活字印刷系统的开发。印刷书籍并以大部分人口负担得起的价格使其可获得的技术是迄今为止最重要的进步之一。这种技术的开发被称为“促成了随后所有技术进步的技术进步”（德瑞和威廉姆斯，1961 年）。约翰内斯·古腾堡（约 1400-1468 年）通常被认为是活字印刷术的发明者；然而，这种发展，与之前和之后许多工程进步一样，并非由一个人孤立地完成。古腾堡将已经开发的几个过程以一种新颖的方式结合在一起，来印刷书籍；他的方法在他之后的人们进一步改进。他的天才之处在于将字模铸造、油墨和印刷机结合成一个能够批量生产书籍的系统。
在 15 世纪活字印刷术出现之前，几乎所有书籍都是手工抄写的。抄写员辛勤地工作，制作书籍的副本，通常需要一整年才能制作一个副本。这些手抄本非常昂贵，只有非常富有的人才能买得起。活字印刷术很可能是首先在亚洲发明的。15 世纪初，朝鲜和中国使用青铜字模。在欧洲，铜板被雕刻用来制作扑克牌和插图；这种做法在 15 世纪中叶已得到广泛应用。1420 年代，荷兰使用木制字模。
约翰内斯·古腾堡是德国美因茨的一名银匠。他可能了解这些印刷和印刷术方面的先前进展。1426 年，古腾堡开始用单独铸造的金属字母印刷；每个字母都位于一块字模的表面。他用铅、锡和锑的合金——铅字来铸造这些字母。人们一直认为，字模是用软金属模具（模具）制作的，因此所有相同字母的字模，字母形状都是相同的。然而，现代分析表明，每个字母的形状都是单独刻在粘土上的，然后铸造，因此每个相同字母的字模都有细微的不同。为了排版一页文字，字母字模被排列成一行一行，然后将这些行排列成一页一页。图 7 说明了这个过程。一旦页面排版完成（这是一个费力的过程，一页可能需要整整一天的时间），就可以给它上墨并印刷，以制作书籍中特定页面的副本。
1455 年，古腾堡使用这个系统印刷了《圣经》。据信他印刷了大约 180 本。图 8 和 9 显示了这本圣经。
古腾堡的方法获得了巨大的成功，并被广泛模仿和改进。到 1480 年，几乎每个欧洲大城市都至少拥有一台印刷机。威尼斯成为欧洲的印刷中心。这些早期的印刷工设计了许多字体，与今天使用的字体非常相似。
文艺复兴时期主要的工程进步之一是线性透视法的开发以及几种技术绘图方法的发明，包括剖视图、爆炸图和旋转视图。这些技术为何如此重要可能并不明显。然而，这些绘图技术使工程师能够在无需三维模型的情况下研究机械系统和建筑物；由于二维图通常比三维模型创建起来快得多，因此新的绘图能力极大地加快了工程工作的完成速度。这些能力还提高了工程师和科学家交流想法和概念的能力。因此，它们帮助推动了工程学从经验法则和积累经验转变为基于科学原理和理论的学科。
几位文艺复兴时期的艺术家-工程师被认为是透视法和技术绘图技术的开发者。菲利波·布鲁内列斯基（1377-1446）是文艺复兴时期杰出的建筑师；他设计并监督了佛罗伦萨大教堂圆顶的建造。他被认为在大约 1420 年开发了对透视的几何理解；他对透视的理解被文艺复兴时期的艺术家迅速采用。他还发明了几种建筑机器，以帮助他监督的雄心勃勃的建筑项目。
马里亚诺·迪·亚科波（1382-约 1458），被称为塔科拉（乌鸦），创作了两本关于机械装置的绘图书籍。他发明了剖视图和爆炸图的原始形式。在剖视图中，阻挡感兴趣区域视图的物体部分被切除或移除，以便可以看到感兴趣区域。在爆炸图中，组件被彼此分开绘制，以便可以看到每个组件及其与其他组件的关系。
莱昂纳多·达·芬奇（1452-1519）是这些文艺复兴时期艺术家-工程师中最著名的。他将绘画和文字结合在一起，在工程和科学的许多领域进行思想实验。这些思想实验包括设计直升机式飞行器、军用坦克和桥梁。达·芬奇开发了工程或科学笔记本的形式，用于支持工程设计或科学探究的过程。图 10 显示了达·芬奇创建的巨型弩的设计。
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