Переведем на современный язык. Суть предложения в том, чтобы при помощи огня нагреть в сосуде воздух. Тогда после закрытия и охлаждения сосуда давление воздуха в нем понизится, поршень поднимется вверх и потянет за собою груз. Чтобы рассчитать возможности этой машины, достаточно школьных знаний.
Допустим, что сжигается солома. Температура ее пламени примерно 1500 градусов. Но сгорание происходит внутри цилиндра. Мы знаем, что в двигателях внутреннего сгорания треть тепла поглощается стенками. Полагая, что тот же эффект произойдет и здесь, примем, что температура воздуха достигнет 1000 градусов Цельсия. В результате охлаждения столь сильно нагретого воздуха объем его уменьшится примерно в пять раз и поршень без груза под действием атмосферного давления поднимется (или всосется в цилиндр) на высоту восемь локтей. Действующая на поршень сила будет максимальна внизу и по мере его подъема упадет почти до нуля в верхней точке, так как по мере подъема поршня воздух в цилиндре сжимается и его давление вычитается из атмосферного. Какой же груз машина сможет оторвать от земли?
Положим, что к моменту отрыва воздух в цилиндре остыл и температура его снизилась до 20 градусов. Тогда давление в цилиндре снизилось примерно в пять раз. На каждый квадратный сантиметр поршня будет действовать избыточная сила атмосферного давления в 0,8 кг.
Теперь найдем площадь поршня. Мера длины «локоть», примененная Леонардо, не ясна. В разных странах и в разные времена она могла составлять от 38 до 48 см. Исторические изыскания оставим для знатоков, а для простоты расчета примем локоть за 40 см. Тогда, умножив площадь поршня в см на 0,8 кг, получаем, что тепловая подъемная машина Леонардо да Винчи могла оторвать от земли груз в… одну тонну.
Неплохо? Наука еще ничего не знала об атмосферном давлении и свойствах газов, но Леонардо попал в цель.
Почти двести лет спустя над подобным устройством стал работать англичанин Денни Папен. Первоначально в цилиндре его двигателя вакуум создавался сгоранием пороха.
Но после нескольких взрывов Папен нашел другое решение. Он додумался наполнить цилиндр водяным паром. После охлаждения пар конденсировался, в цилиндре создавался вакуум, и поршень втягивался в цилиндр. На этом принципе впоследствии работали паровые машины Ньюкомена, которые почти на протяжении ста лет откачивали воду из шахт Англии. Таким образом, идея Леонардо удалять из цилиндра воздух посредством тепла и использовать возникающую при этом силу нашла применение.
