高中工程/中世紀和文藝復興時期歐洲的工程
歐洲的中世紀和文藝復興時期橫跨公元500年到公元1600年。中世紀歐洲的生活通常被描述為“黑暗時代”，這給人一種印象，即在技術或工程方面沒有進展。在某些方面，這種描述是正確的。例如，羅馬人建造的複雜水利工程，為他們的城市提供飲用水，在中世紀的歐洲城市中沒有被複制。衛生下水道也沒有。因此，水傳播疾病是許多這些城市中反覆出現的問題。然而，在其他方面，這種描述是不正確的。在此期間開發了幾個重要的工程概念和技術，為工業革命期間的快速技術進步奠定了基礎。工程師開發了建造令人驚歎建築物的技術，包括大教堂和城堡。工程師還改進了船舶的設計，使歐洲探索世界其他地區成為可能。活字印刷術及其相關印刷技術的開發，以及線性透視和工程繪圖技術的開發，使識字和資訊傳播成為可能。我們將在本節中討論這些進展。
工程取得重大進展的一個領域是建造大教堂、城堡和其他大型建築物。大教堂從 4 世紀開始在歐洲各地建造，一直持續到今天。在中世紀的歐洲，大教堂是按照羅馬式風格建造的（在 10 世紀和 11 世紀），後來按照哥特式風格建造的（在 12 世紀到 16 世紀）。羅馬式建築的特點是厚厚的牆壁、圓形拱門和大塔。哥特式建築的特點是牆壁更薄，有大的窗戶、尖拱和飛扶壁。一些技術進步使哥特式大教堂成為可能。飛扶壁將屋頂和上層樓層的重力從屋頂和上層樓層轉移到外部柱子上；這使得牆壁可以很薄，並有大的窗戶。此外，使用尖拱和肋拱將力量轉移到柱子上，而不是轉移到牆上。
圖 3 顯示了巴黎聖母院大教堂的西立面。注意尖拱和大的窗戶。圖 4 顯示了幫助支撐大教堂屋頂的飛扶壁。大教堂的建造始於 1163 年，直到 1345 年才完工。
中世紀歐洲工程取得重大進展的另一個方面是帆船的設計和建造。在斯堪的納維亞半島，維京長船在中世紀達到了其發展的頂峰。這些船速度很快；它們被用來運送貨物以及運送維京人遠征隊進行長途襲擊。長船有一個桅杆，上面裝有方形帆。
中世紀歐洲帆船的進步，特別是西班牙和葡萄牙的進步，為歐洲探索和殖民北美和南美洲以及非洲奠定了基礎。對這種探索影響最大的兩種帆船型別是卡拉維爾帆船和大帆船。卡拉維爾帆船是一種小型、高度可操縱的帆船，有兩個或三個桅杆，如圖 5 所示。大帆船是一種較大的帆船，有三個或四個桅杆和方形帆；它足夠大，可以運送大量貨物，並在長途航海中保持穩定。圖 6 顯示了一艘大帆船。克里斯托弗·哥倫布（1451-1506）駛往新大陸的小型艦隊由一艘大帆船（聖瑪麗亞號）和兩艘卡拉維爾帆船（平塔號和尼娜號）組成。
中世紀的第三項進步，最初可能不會被認為是工程學，是活字印刷系統的開發。印刷書籍並以大部分人口負擔得起的價格使其可獲得的技術是迄今為止最重要的進步之一。這種技術的開發被稱為“促成了隨後所有技術進步的技術進步”（德瑞和威廉姆斯，1961 年）。約翰內斯·古騰堡（約 1400-1468 年）通常被認為是活字印刷術的發明者；然而，這種發展，與之前和之後許多工程進步一樣，並非由一個人孤立地完成。古騰堡將已經開發的幾個過程以一種新穎的方式結合在一起，來印刷書籍；他的方法在他之後的人們進一步改進。他的天才之處在於將字模鑄造、油墨和印刷機結合成一個能夠批次生產書籍的系統。
在 15 世紀活字印刷術出現之前，幾乎所有書籍都是手工抄寫的。抄寫員辛勤地工作，製作書籍的副本，通常需要一整年才能製作一個副本。這些手抄本非常昂貴，只有非常富有的人才能買得起。活字印刷術很可能是首先在亞洲發明的。15 世紀初，朝鮮和中國使用青銅字模。在歐洲，銅板被雕刻用來製作撲克牌和插圖；這種做法在 15 世紀中葉已得到廣泛應用。1420 年代，荷蘭使用木製字模。
約翰內斯·古騰堡是德國美因茨的一名銀匠。他可能瞭解這些印刷和印刷術方面的先前進展。1426 年，古騰堡開始用單獨鑄造的金屬字母印刷；每個字母都位於一塊字模的表面。他用鉛、錫和銻的合金——鉛字來鑄造這些字母。人們一直認為，字模是用軟金屬模具（模具）製作的，因此所有相同字母的字模，字母形狀都是相同的。然而，現代分析表明，每個字母的形狀都是單獨刻在粘土上的，然後鑄造，因此每個相同字母的字模都有細微的不同。為了排版一頁文字，字母字模被排列成一行一行，然後將這些行排列成一頁一頁。圖 7 說明了這個過程。一旦頁面排版完成（這是一個費力的過程，一頁可能需要整整一天的時間），就可以給它上墨並印刷，以製作書籍中特定頁面的副本。
1455 年，古騰堡使用這個系統印刷了《聖經》。據信他印刷了大約 180 本。圖 8 和 9 顯示了這本聖經。
古騰堡的方法獲得了巨大的成功，並被廣泛模仿和改進。到 1480 年，幾乎每個歐洲大城市都至少擁有一臺印刷機。威尼斯成為歐洲的印刷中心。這些早期的印刷工設計了許多字型，與今天使用的字型非常相似。
文藝復興時期主要的工程進步之一是線性透視法的開發以及幾種技術繪圖方法的發明，包括剖檢視、爆炸圖和旋轉檢視。這些技術為何如此重要可能並不明顯。然而，這些繪圖技術使工程師能夠在無需三維模型的情況下研究機械系統和建築物；由於二維圖通常比三維模型建立起來快得多，因此新的繪圖能力極大地加快了工程工作的完成速度。這些能力還提高了工程師和科學家交流想法和概念的能力。因此，它們幫助推動了工程學從經驗法則和積累經驗轉變為基於科學原理和理論的學科。
幾位文藝復興時期的藝術家-工程師被認為是透視法和技術繪圖技術的開發者。菲利波·布魯內列斯基（1377-1446）是文藝復興時期傑出的建築師；他設計並監督了佛羅倫薩大教堂圓頂的建造。他被認為在大約 1420 年開發了對透視的幾何理解；他對透視的理解被文藝復興時期的藝術家迅速採用。他還發明瞭幾種建築機器，以幫助他監督的雄心勃勃的建築專案。
馬里亞諾·迪·亞科波（1382-約 1458），被稱為塔科拉（烏鴉），創作了兩本關於機械裝置的繪圖書籍。他發明了剖檢視和爆炸圖的原始形式。在剖檢視中，阻擋感興趣區域檢視的物體部分被切除或移除，以便可以看到感興趣區域。在爆炸圖中，元件被彼此分開繪製，以便可以看到每個元件及其與其他元件的關係。
萊昂納多·達·芬奇（1452-1519）是這些文藝復興時期藝術家-工程師中最著名的。他將繪畫和文字結合在一起，在工程和科學的許多領域進行思想實驗。這些思想實驗包括設計直升機式飛行器、軍用坦克和橋樑。達·芬奇開發了工程或科學筆記本的形式，用於支援工程設計或科學探究的過程。圖 10 顯示了達·芬奇建立的巨型弩的設計。
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