Леонардо да Винчи заинтересовался гидравликой во времена, когда работал в мастерской Вероккио во Флоренции. В этой мастерской Леонардо да Винчи занимался фонтанами и сила воды его впечатляла.
Леонардо да Винчи работая главным инженером Герцога, исследовал вопросы гидравлики для сельского хозяйства, а так же его интересовал вопрос преобразования силы воды в энергию мельниц и других машин. Так же Леонардо да Винчи изучал свойства жидкостей, хотя уже существовали и работали акведуки, каналы и другие гидравлические сооружения. Таким образом, Леонардо да Винчи пришлось опираться на собственный опыт, наблюдая течение рек, непрерывную изменчивость форм в воде. Это рождало у него аналогии со строением Вселенной и существованием жизни на Земле, что отразилось в его поэтических комментариях к рисункам. Леонардо да Винчи часто использовал деревянные или стеклянные модели каналов, в которых он окрашивал создаваемые потоки воды, отмечал их маленькими буйками, чтобы удобнее было следить за течением. Результаты этих экспериментов нашли свое практическое применение в решении проблем канализации. Среди его рисунков — порты, затворы и шлюзы с раздвижными дверями. Леонардо да Винчи даже планировал прорыть судоходный канал, отводящий р. Арно, чтобы связать Флоренцию с морем через Прато, Пистойю и Серраваль.
Другой гидравлический проект был задуман для Ломбардии и Венеции. Он предполагал затопление долины Исонцо в случае турецкого вторжения. Существовал и план осушения Понтинских топей (о чем советовался с Леонардо да Винчи папа Медичи Лео Х).
Леонардо да Винчи создавал спасательные круги и противогазы как для военных, так и для практических нужд. Имитируя очертания рыбы, он совершенствовал форму корпуса корабля для увеличения его быстроходности, для этой же цели он использовал на нем устройство, управляющее веслами. Для военных нужд Леонардо да Винчи изобрел двойную обшивку корабля, способную противостоять обстрелу, а также потайное приспособление для установки корабля на якорь. Эту задачу решали при помощи водолазов, которые опускались под воду в специальных костюмах или на несложных подводных лодках.
В письме к Людовико иль Моро Леонардо да Винчи упоминал, что умеет «переводить воду из одного места в другое». Это означает, что его интересовала и гидродинамика. Сохранились необычные рисунки водоворотов, отражающие силу воды, а также рисунки колес для сдерживания силы водяных потоков. Необходимость снабжения городов водой, осушение рек и болот заставляла Леонардо да Винчи совершенствовать насосы и другие гидравлические механизмы, известные с античных времен. «Архимедовы винты» и другие гидравлические приспособления, такие как штуцер для гидравлики заполняли трактаты Франческо ди Джорджио Мартини и других инженеров его поколения, но только в работах Леонардо да Винчи они достигли неизведанного графического и функционального совершенства.
Архимедовы винты и водяные колеса
На рисунке «Архимедов винт» слева изображена плотно обернутая трубка, по которой вода попадает из ванны наверх. За счет вращения рукоятки вода из трубки подается непрерывным потоком.
Вентилятор
Одно из применений гидродинамики, предложенных Леонардо, — это создание устройства, способного сжимать воздух и прогонять его по трубам. У такого устройства широкий спектр применения: от вентиляции комнат до разжигания печей. Цилиндрический барабан, покрытый снаружи лопастями, приводящими его в движение (водой или вручную), внутри разделен на четыре взаимосвязанных секции с открытыми створками между ними (для выпуска наружу сжатого воздуха). Определенное количество воды циркулирует внутри него, перетекая из одной секции в другую по мере вращения барабана, сжимая воздух и проталкивая его наружу по трубе, расположенной в середине.
Водолазный костюм
Костюм изготавливался из водонепроницаемой кожи. Он должен был иметь большой нагрудный карман, который заполнялся воздухом для увеличения объема, что облегчало подъем водолаза на поверхность. Водолаз у Леонардо был снабжен гибкой дыхательной трубкой.
Водяное колесо
Изучая гидродинамику, Леонардо пытался найти наиболее эффективный способ применения силы и энергии воды при помощи больших колес. Одно из них изображено на рисунке.
Еще один метод закачки воды Леонардо заключался в применении водяного колеса с чашами, которые зачерпывали воду из нижней емкости и выливали ее в верхнюю.
Ворота для шлюза
Леонардо усовершенствовал систему открытия и закрытия шлюзовых ворот. Он изобрел маленькие шлюзовые ворота с засовом в их основании. Засов позволял впустить то количество воды, которое было необходимо для выравнивания давления по обеим сторонам главных ворот, что облегчало их открытие.
Гидравлическая пила
Поток воды приводил в движение колесо, которое, в свою очередь, двигало вертикальную пилу и тележку со стволом дерева. Таким образом, весь процесс распиливания становился автоматизированным.
Дноуглубительный снаряд
Для очистки каналов Леонардо изобрел драгу, помещаемую между двумя лодками и снабженную четырьмя лопастями. Лопасти приводились в движение рукоятью. По замыслу, собранный со дна ил складывался на плот, укрепленный между двумя лодками. При повороте колеса трос, привязанный к берегу, наматывался на барабан, что автоматически передвигало установку. Ось вращения барабана можно было установить вертикально. Тем самым регулировалась глубина выборки грунта.
Канал со шлюзами
Изобретение Леонардо «Канал со шлюзами» относится к периоду его работы в Ломбардии. По каналу, текущему под уклон, благодаря ряду шлюзов могло осуществляться судоходство. Уровень воды при заходе судна на воду можно было контролировать открытием или закрытием ворот, спускающих или поднимающих воду таким образом, что достигалась необходимая высота воды для прохождения кораблей.
Контуры рыб
Так как форма корпуса корабля имеет первостепенное значение, то Леонардо использовал для нее контуры рыбы, как наиболее органичные для воды.
Лодка с гребным колесом
Леонардо пробовал решить и такую проблему, как ускорение и облегчение навигации. Он предполагал оснастить некоторые лодки большими гребными колесами, приводимыми в движение либо вручную, либо при помощи ножной рукояти, возможно, оснащенной маховиком. Все это учащало ритм и повышало эффективность традиционной гребли.
Лодка с двойной обшивкой и подводная лодка
Гипотезу о том, что Леонардо намеревался создать корабль, способный погружаться под воду и всплывать на поверхность, подтверждает рисунок: «Если хочешь остаться на поверхности, надуй козлиную шкуру, потяни за подвешенный снизу груз и иди». Леонардо, несомненно, знал гидростатику. Он мог быть вдохновлен подводной лодкой Цезариано, которая была построена и опробована во рву, окружавшем замок в Милане. Возможно, судно Леонардо да Винчи погружалось, используя систему грузов и балластов; всплывало на поверхность путем нагнетания воздуха в специальные отсеки, встроенные в обшивку корабля. Накачка воздуха на суше производилась парусами, а под водой — веслами .
Лодка с двойным корпусом на рисунке связана с изучением процесса погружения. Хотя, возможно, она представляла собой систему обороны во время морских сражений, необходимую для защиты от «бронебойного” орудия .
Плавательные перепончатые перчатки
Леонардо сделал эскизы перепончатых перчаток, которые позволяли быстрее плавать под водой.
