Карандаш. История создания и другие подробности - [101]

Не имея результатов тестов, керамист, пожалуй, не сможет точно сказать, какой стержень окажется лучшим, но по результатам исследований и на основании своего опыта он придет к заключению, что определенные качества продукта зависят от компонентов и условий производства. Карандашный стержень в восприятии керамиста — это «заключенный в деревянную оправу прокаленный керамический стержень из графита и глины в качестве связующего материала»[500], и он в состоянии убедительно доказать, почему природный графит лучше искусственного; почему воск в составе грифеля будет препятствовать глянцеванию его поверхности; почему оптимальная температура обжига — от 800 до 1000 °C; почему степень твердости грифеля зависит от объема глины в его составе и почему при увеличении содержания глины стержень становится более прочным.

Прочность грифеля — особенно важное качество карандаша, как уверяют производители в рекламе. Специалист по керамике или материалам способен понять, каким образом качество глины и ее состав могут влиять на прочность «прокаленного керамического стержня», но для выяснения воздействия таких факторов, как угол наклона при письме, оказываемое давление, а также форма острия, его длина и острота, нужен механик-теоретик. Способность к эмпирическому предсказанию действия тех или иных сил формировалась у людей на основании опыта предыдущих столетий, так же как способность предсказывать небесные явления на основе наблюдений за движением планет складывалась тысячи лет. Но научное знание механических основ прочности острия столь же важно (даже из чисто научного интереса), как и теория планетарного движения. И хотя предсказание относительно того, когда и в каком месте сломается конец карандаша, не отличается таким масштабом, как предсказание места и времени возвращения кометы, зато специалист по карандашам может использовать эти знания для того, чтобы изменить ход событий.

Солнечная система существовала по законам природы до того, как они были сформулированы Ньютоном, и карандашное острие подчиняется им независимо от того, описаны ли они уравнениями теорий упругости и сопротивления материалов, которые могут объяснить механические свойства кончика карандаша и корпуса ядерного реактора. Уравнения стекают с кончиков карандашей на бумагу, а те, в свою очередь, становятся прочнее благодаря уравнениям, как в круговороте на картине Эшера «Рисующие руки», однако при этом не существует никаких документальных свидетельств того, что конкретные теоретические труды существенно повлияли на эволюцию карандаша. Первые карандаши не были созданы с помощью уравнений, но все же уравнения могли способствовать их усовершенствованию.

Иногда теория и практика развиваются благодаря взаимообмену. Если говорить о мостах, то в этом случае долгая практика строительства реальных сооружений усилиями каменщиков и плотников помогала заполнить пробелы научных знаний в строительной механике и приблизиться к новым горизонтам мастерства. Но при этом растущий объем теоретических знаний способствовал созданию более инновационных и дерзких проектов. С карандашами дело обстоит иначе: они выпускаются в огромных количествах и производственная неудача, скорее всего, отразится разве что на материальном благополучии семьи производителя, но не на общественном здоровье и безопасности. Поэтому карандаш можно продолжать усовершенствовать без применения сложных формул, заранее описывающих его функционирование или процесс его заострения.

Однако если усовершенствование артефакта возможно без построения теоретического фундамента, это не значит, что теория, объясняющая его свойства, не нужна вообще. Сила наук, которые необходимы для современных исследований и разработок, заключается в их способности обобщать и объяснять принципы работы существующих вещей (паровых котлов или карандашей) и на основании этого предсказывать, как должны работать новые, усовершенствованные артефакты. Таким образом, наука становится источником новых усовершенствованных конструкций. Но теоретические объяснения не появятся до тех пор, пока не будут заданы интересные вопросы, а они обычно обусловлены какими-то неполадками или недостатками артефактов. В 1638 году в связи с необъяснимыми крушениями больших кораблей и другими авариями Галилей решил рассчитать параметры деревянного бруса, на который приходится определенная весовая нагрузка; он также задался вопросом, можно ли делать балку клиновидной, чтобы она не обладала большей прочностью, чем это необходимо. Брус Галилея одним концом был замурован в стену, а к другому его концу подвешивался груз. Эта конструкция называется консолью, и такая элементарная по сегодняшним меркам задача оказалась трудной для Галилея, который посвятил ее анализу два диалога в своих «Беседах о двух новых науках».

Задача определения прочности карандашного острия по сути аналогична задаче о балке Галилея, только здесь вместо груза, свисающего с одного конца, на острие карандаша давит писчая поверхность. Балку Галилея надо было закрепить в стене для создания опоры, и грифель должен хорошо держаться в деревянной оправе. Если достаточно сильно нагрузить свободный конец балки, то ее независимо от прочности может вырвать из стены, если кладка недостаточно устойчива. Аналогично, свободно болтающийся в оправе грифель ослабит древесные волокна