Были посвящены механике, то естественно будет начать наш разговор с рассмотрения того, каким образом возникли и как сложились основные представления греческой механики. Само слово "механика" произошло от греческого merhane- механэ, что первоначально обозначало подъемную машину, употреблявшуюся в греческих театрах для подъема и опускания на сцену греческих богов, которые должны были разрешить запутанный ход представлявшейся драмы; отсюда произошла часто употребляющаяся поговорка: deus ex machina- бог из машины. Позднее слово mechane стало употребляться для обозначения военных машин, а затем и для машин вообще.
Как говорит историк Диодор Сицилийский , Архимед изобретает кохлею, или Архимедов винт, служащий для поднятия воды. Винт Архимеда (Рис. 1) - изобретение, с помощью которого в далеком прошлом качали или даже полностью осушали реки.
Рис. 1 Винт Архимеда
Катапульта Архимеда, или баллиста (Рис. 2, Рис. 3) - изобретение Архимеда, которое появилось предположительно около 399г до н.э. Катапульту использовали в качестве оружия в разных войнах; античная двухплечевая машина торсионного действия для метания камней. Позднее в первых веках нашей эры под баллистами стали подразумевать стреломёты.
Архимед так же доказал, что можно вытаскивать тяжелые грузы с меньшими силами, чем обычно; изобретатель приказал вытащить на берег тяжелое судно и наполнить его грузом. Встав около полиспаста (катушечного бока), Архимед стал тянуть привязанный к кораблю канат без всяких существенных усилий.
Рис.4. Лапа Архимеда
Лапа Архимеда (Рис. 4) - прообраз современного крана. Внешне она была похожа на рычаг, выступающий за городскую стену и оснащенный противовесом. Полибий во «Всемирной истории» писал, что если римский корабль пытался пристать к берегу около Сиракуз, этот «манипулятор» под управлением специально обученного машиниста захватывал его нос и переворачивал (вес римских трирем превышал 200 тонн, а у пентер мог достигать и всех 500), затапливая атакующих.
Рис. 5. Планетарий
Цицерон писал, что после того, как Сиракузы были разграблены, Марцелл вывез оттуда два прибора — «сферы», создание которых приписывается Архимеду. Первый был неким подобием планетария, а второй моделировал движение светил по небу, что предполагало наличие в нем сложного шестереночного механизма.
Римляне были шокированы, увидев машины Архимеда в действии. Плутарх пишет, что иногда дело доходило до абсурда: увидев на стене Сиракуз какую-нибудь веревку или бревно, непобедимые римские легионеры в панике спасались бегством, думая, что сейчас против них будет применен очередной адский механизм.
До недавнего времени это свидетельство считалось сомнительным, однако в 1900 году около греческого острова Антикитера на глубине 43 метра были найдены останки корабля, с которого подняли остатки некоего устройства — «продвинутой» системы бронзовых шестеренок, датируемой 87 годом до нашей эры. Это доказывает, что Архимед вполне мог создать сложный механизм — своеобразный «компьютер» античных времен.
Архимеду принадлежит первенство во многих открытиях из области точных наук. До нас дошло тринадцать трактатов Архимеда. В самом знаменитом из них - "О шаре и цилиндре" (в двух книгах) Архимед устанавливает, что площадь поверхности шара в 4 раза больше площади наибольшего его сечения; формулирует соотношение объемов шара и описанного около него цилиндра как 2:3 - открытие, которым он так дорожил, что в завещании просил поставить на своей могиле памятник с изображением цилиндра с вписанным в него шаром и надписью расчета.
В физике Архимед ввел понятие центра тяжести, установил научные принципы статики и гидростатики, дал образцы применения математических методов в физических исследованиях. Основные положения статики сформулированы в сочинении "О равновесии плоских фигур". Архимед рассматривает сложение параллельных сил, определяет понятие центра тяжести для различных фигур, дает вывод закона рычага.
Используя принцип интегрирования, Архимед открыл число пи. Впоследствии значение его постоянно уточнялось. В 1882 году немецкий математик Фердинанд фон Линдеман доказал, что число пи бесконечно. В XX веке с помощью компьютеров удалось рассчитать примерно миллиард знаков после запятой. Компьютер позволил обнаружить исчерпывающее решение знаменитой «задачи о быках». Наименьший ответ на нее был найден в 1880 году и выражался числом, состоящим из 206 545 цифр. Сто лет спустя, в 1981 году, с помощью компьютера ученые вычислили более миллиарда знаков запятой. Современные Сиракузы почти не сохранили следов былого величия. Туристов часто водят на так называемую «Могилу Архимеда» в некрополе Гроттичелли. На самом деле это римское захоронение не содержит останков знаменитого ученого.
«Палимпсест Архимеда» — христианская книга, составленная в 12 веке из «языческих» пергаментов 10 века. Для этого с них смыли прежние письмена, и на полученном материале написали церковный текст. К счастью, палимпсест (от греческого palin — снова и psatio — стираю) был сделан некачественно, поэтому на просвет (а еще лучше — под ультрафиолетом) оказались видны старые буквы. В 1906 году выяснилось, что это три неизвестных ранее труда Архимеда.
Существует легенда о том, как царь Гиерон поручил Архимеду проверить, не подмешал ли ювелир серебра в его золотую корону. Целостность изделия нарушать было нельзя. Архимед долго не мог выполнить эту задачу — решение пришло случайно, когда он лег в ванную и вдруг обратил внимание на эффект вытеснения жидкости (закричал: «Эврика!» — «Нашел!», и выбежал голым на улицу). Он понял, что объем тела, погруженного в воду, равен объему вытесненной воды, и это помогло ему разоблачить обманщика.
АРХИМЕД И ЕГО ОТКРЫТИЯ
Введение
Более 20 веков и с каждым последующим веком все чаще творческое напряжение человеческой мысли завершается удовлетворенно – эмоциональным восклицанием «ЭВРИКА!» («НАШЕЛ!»). Нашел решение новой задачи, проблемы - ЭВРИКА! Придумал новый метод решения - ЭВРИКА! Сделал открытие - ЭВРИКА! По преданию это, ставшее крылатым, восклицание, знаменующее торжество разума, подарил человечеству величайший Архимед - самый знаменитый в плеяде самобытных математиков Древней Греции. Именно о нем английский математик XVII века Джон Валлис (1616-1703) сказал: «Этот ученый обладал поразительной проницательностью. Он заложил первоосновы почти всех открытий, развитием которых гордится наш век». Так какие же открытия сделал этот великий ученый? Цель данной работы – познакомиться с научными открытиями Архимеда. Задачи: 1.Изучить литературу по данному вопросу
2. Составить список открытий, сделанных Архимедом и описать некоторые из них
3. Провести некоторые опыты, предложенные Архимедом
4. Составить викторину
Глава I
Рассказы о жизни Архимеда содержатся у древних историков Полибия (II век до н.э.) и Тита Ливия (I век до н.э.), у писателей Цицерона (I век до н.э.), Плутарха (I -II в.в.) и других.
Архимед родился в Сиракузах на острове Сицилия. Отец Архимеда, астро
ном и математик Фидий был одним из приближенных царя Сиракуз Гиерона. Фидий дал сыну хорошее образование, побуждая сына к творческому познанию астрономии, механики и математики. Позже тяга к углублению теоретических знаний привела его в Александрию (Египет) - тогдашний мировой научный центр. Здесь он познакомился со знаменитым астрономом Кононом и математиком Эратосфеном, усиленно работал в богатейшей библиотеке, изучал труды ученых Демокрита, Евдокса и других. «Начала» Евклида были настольной книгой Архимеда всю его жизнь.
В Александрии первые его блестящие успехи были достигнуты в теоретиче
ской механике и ее практических применениях. Замечательным его изобретением была машина для поливки полей («винт-улитка»), имевшая и имею
щая до сих пор большое хозяйственное значение в Египте, где дождей почти
не бывает и где все сельское хозяйство основано на искусственном ороше
нии.
Архимед всегда так сильно увлекался наукой, что его приходилось силой
отрывать от рабочего места покушать или насильственно уводить в баню,
где он продолжал размышлять над геометрическими фигурами, которые он
пальцем чертил на намыленном теле.
Об этом ученом, его жизни и научной деятельности создано много легенд.
Одна из легенд рассказывает об открытии Архимедом выталкивающей силы. Царь Гиерон заказал мастеру корону из чистого золота. Когда заказ был выполнен, царь пожелал проверить, не подменил ли мастер часть данного ему золота серебром, и обратился к Архимеду, который в это время был советником царя. Архимед сразу не смог решить поставленную перед ним задачу. Он начал искать путь решения, не переставая думать об этом даже когда занимался другими делами. Иначе не произошло бы то сказочное событие, которое легло в основу легенды.
Случилось оно, как говорят, в бане. Намылившись золой, Архимед решил погрузиться в ванну. Вода поднималась в ванне по мере того, как Архимед погружался в нее. Если он раньше не обращал на это внимания, то теперь это явление его заинтересовало; он привстал - уровень воды опустился, он снова сел - вода поднялась. «ЭВРИКА! Эврика! Я нашел!». Он выскочил из ванны и побежал за драгоценной короной.
Преданье старинное знает весь свет,
Как тешась горячею ванной,
Открыл свой закон Архимед,
Связав его с выходкой странной.
Сияющий выскочил вон Архимед
Из ванны горячей, где мылся,
И прямо из бани, как был не
одет,
Куда-то бежать он пустился.
Картина, достойная кисти богов,
По улице солнцем нагретой,
Пунктир оставляя из мокрых следов,
Бежит Архимед неодетый.
Толпа сиракузцев несется вослед,
В восторге от бешенной гонки,
И громко ликует, когда Архимед
Выкрикивал «ЭВРИКА!»- звонко.
Нашел! Он нашел тот желанный ответ,
Который искал так упорно!
«Нашел!» - в упоенье кричал Архимед,
«Нашел!» - повторяли задорно.
По сей день во всех школах мира изучается закон Архимеда о телах, погруженных в жидкость.
Однажды школьница участливо посетовала: «Бедные гении! Они вынуждены были открывать то, что мы проходили в школе».
Другая легенда рассказывает...
Царь Гиерон построил в подарок египетскому царю Птолемею огром ный и роскошный корабль «Сирокосия», но людям царя было не под силу спустить этот корабль на воду. Архимед построил машину, с помощью которой один только человек, сам царь, спустил корабль на воду. После этого царь воскликнул: «Отныне, чтобы ни сказал наш Архимед, мы будем считать правдой!» Архимед разработал теорию рычага. Известно еще одно его образно- горделивое высказывание, пережившее века: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!» Разумеется, эти слова не более чем поэтическая гипербола.
Глава II
До нас дошли следующие произведения Архимеда:
Трактат «О шаре и цилиндре». В нем Архимед изложил свой метод вычисления объема шара и что гораздо сложнее - поверхности шара. И был очень горд открытием красивого результата - «объем шара, вписанного в цилиндр, в полтора раза меньше объема цилиндра и, что точно также относятся поверхности этих тел».
«Разумеется, - пишет Архимед в предисловии к трактату, - эти свойства были присущи этим телам всегда, но они остались неизвестными всем геометрам; ни один из них не заметил даже, что эти тела соизмеримы между собой».
Это открытие восхитило Архимеда настолько, что он даже завещал высечь на его будущем надгробии фигуру цилиндра с вписанным шаром, что было выполнено впоследствии.
Трактат «Квадратура параболы». В нем Архимед находит площадь сегмента параболы.
Трактат «О спиралях».
Архимед определяет спираль, как линию,
описываемую точкой, равномерно движущейся по прямой, в свою очередь равномерно вращающейся вокруг одной своей точки.
Трактат «О коноидах и сфероидах».
Трактат «Метод» . В этой работе находятся объемы тел.
Трактат «Измерения круга». Это одно из наиболее известных произведений Архимеда, от которого, однако, до нас дошел лишь небольшой отрывок. В нем излагаются доказательства следующих положений:
Площадь круга.
Отношение между площадью круга и площадью квадрата, построенного на его диаметре 11:14
Отношение любой окружности к его диаметру
3 
< 
< 3
Трактат «Псаммит» («исчисление песчинок»).
В III веке до н.э. люди еще не знали, что натуральный ряд бесконечен. В этой работе Архимед разработал систему, которая позволяла выразить сколь угодно большое число и показал, что натуральный ряд бесконечен. А число песчинок во вселенной не больше 10 65 .
Трактат «О плавающих телах». Здесь среди других формулируется Закон Архимеда.
Трактат «О равновесии плоских фигур». Архимед находит центр тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции, параболического сегмента, излагает доказательство закона равновесия рычага.
Архимед, таким образом, развивал наряду с теоретической математикой и
практическую математику.
«Первый в математической физике»
Архимед был творцом науки, он открыл новые истины, создавал новые теории. Поэтому понятны то изумление и уважение, с которыми к нему относились его современники и теперь относятся те, кто близок к математике, механике и прикладным наукам.
Из математических открытий Архимеда особое значение имело вычисление
длин кривых, площадей и объемов фигур такими методами, которые спустя
2 тысячи лет были использованы для создания интегрального и дифференциального исчислений. Один из создателей этой теории Лейбниц в XVII
век так писал об учении Архимеда: «Внимательно читая сочинения Архимеда, перестаешь удивляться всем новейшим открытиям геометрии».
Это уникальный факт в истории математики - ученый опередил время на 18 веков.
А механику он поднял до такого уровня, которого она не могла превзойти на протяжении 19 веков, до Галилея.
«Первый в мире планетарий»
Изумительное изобретение Архимеда - механический небесный глобус -своеобразный планетарий, демонстрировавший все видимые движения небесных тел на макетах и даже фазы Луны, осуществляемые с помощью специальных механизмов. На поверхности глобуса нанесены звезды и 12 зодиакальных созвездий, через которые движется Солнце, проходя одно созвездие в месяц. Это был первый на земле планетарий, много столетий бывший непревзойденным творением теоретической механики. Впервые он упоминается в I веке до н.э., а последнее принадлежит римскому поэту Клавдиану в V веке.
Небо устав, законы богов, гармонию мира –
Все Сиракузский старик мудро на землю принес.
Воздух, сокрытый внутри, различные движет светила
Точно по дивным путям, сделав творенье живым.
Ложный бежит зодиак, назначенный ход выполняя
Лик поддельной луны вновь каждый месяц идет,
Смелым искусством гордясь, свой мир приводя во вращенье,
Звездами вышних небес правит умом человек.
«Не трогайте моих кругов!»
Пленяет и высокий моральный облик Архимеда. Он был подлинным патриотом своего города. В 212 году до н.э. во время второй Пунической войны римские легионы двинулись на завоевание Карфогена. На их пути был родной город Архимеда - Сиракузы. Римские войска под командованием Мар-целла осадили город с двух сторон, и никто из осажденных уже не надеялся на спасение. Вот тут то и привел Архимед в действие свои машины, которые
он сам сконструировал и построил. Оборона города держалась на гениальной инженерной изобретательности Архимеда. При помощи нескольких десятков хорошо отполированный щитов сиракузских воинов, собирающих в одну точку отраженные солнечные зайчики, он поджигал галеры римлян, с моря подступивших к стенам города.
рассказывающие об осаде Сиракуз римским полководцем Марцеллой: «Сухопутная армия была поражена градом метательных снарядов, камней, вес которых достигал четверть тонны, и бросаемых с великой стремительностью. Что касается флота - то вдруг с высоты стен бревна спускались на суда и топили их. То железные когти и клювы захватывали суда, поднимали их в воздух носом вверх, кормою вниз и потом погружали их в воду. А то и суда приводились во вращение, и, кружась, падали на подводные камни и утесы у подножия стен. Всякую минуту видели какое-нибудь судно поднятым в воздухе. Страшное зрелище!»
«Что же, придется нам прекратить войну против математика», - невесело
шутил Марцелл, отводя флот и сухопутное войско от стен Сиракуз и перейдя к их длительной осаде.
Все же после 8-ми месяцев обороны, воспользовавшись отсутствием должной бдительности, римлянам удалось, наконец, ворваться в город. Взятие Сиракуз сопровождалось невероятными актами жестокости, убийствами и грабежами.
В числе убитых был Архимед. Седой 75-летний старец сидел и напряженно размышлял над начертанными на песке геометрическими фигурами, когда к нему ворвался римский солдат и бросился на него с мечом. Архимед успел только выкрикнуть: «Не трогай моих кругов!» - как меч солдата поразил его.
Архимед вошел в историю как один из первых ученых, работавших на вой
ну, и как первая жертва войны среди людей науки.
Он был задумчив и спокоен,
Загадкой круга увлечен...
Над ним невежественный воин
Взмахнул разбойничьим мечом.
Чертил мыслитель с вдохновеньем, Сдавил лишь сердце тяжкий груз: «Ужель гореть моим твореньям Среди развалин Сиракуз?»
И думал Архимед: «Поникну ль
Я головой на смех врагу?»
Рукою твердой взял он циркуль
Провел последнюю дугу.
Уж пыль клубилась над дорогой,
То в рабство путь, в ярмо цепей.
«Убей меня, но лишь не трогай,
О, варвар, этих чертежей!»
По другой версии предания, солдат убил Архимеда за его отказ подчиниться приказу идти с солдатом к Марцеллу. Так или иначе, но восклицание «не порти моих кругов!» стало афоризмом - заповедью высокой морали на все последующие эпохи.
Стихотворение Дмитрия Кедрина «Архимед».
Нет, не всегда смешон и узок Мудрец глухой к делам Земли: Уже на рейде в Сиракузах
Стояли римлян корабли.
Над математиком курчавым Солдат занес короткий нож,
А он на отмели песчаной Окружность вписывал в чертеж.
Ах, если б смерть - лихую гостью Мне также встретить повезло,
Как Архимед, чертивший тростью
В минуту гибели - число!
А известный поэт Черногории Жувдия Ходжич, как бы заново осмысливая последние слова Архимеда, написал взволнованное стихотворение.
Делайте со мною что хотите,
Вздерните меня на звездном крюке,
Мокрыми цепями укротите, жгите ноги и ломайте руки
Цельте в сердце мне и наших вдов,
Но не трогайте моих кругов!
По водам томящегося жаждой,
Под палящим солнцем загоняйте,
Пусть на мне свой меч проверит каждый,
На колени бросьте и пытайте,
« Но не трогайте моих кругов!
Скифы или порошок термита Нависает в будущем над нами Под меня подсыпьте динамита.
Сиракузы мы спасем кругами.
Не прощайте мне чужих долгов.
Но не трогайте моих кругов!
Слабою натруженной рукою
Север с югом сдвину, дни и ночи.
Не давайте ни на миг покою,
Известью гашеной жгите очи.
Лгу перед лицом ваших судов.
Но не трогайте моих кругов!
«Не трогайте моих кругов!»
Цицерон - знаменитый римский оратор и политик - разыскал могилу Архимеда, когда в 76 году до н.э. был в Сицилии. Им был найден могильный обелиск с выгравированным шаром, вписанным в цилиндр. За 136 лет, прошедших со дня смерти Архимеда, его могила была заброшена и забыта. В Сиракузах все же воздвигли оригинальный памятник Архимеду с моделью вогнутого зеркала в руке. По преданию, с помощью такого зеркала Архимед поджигал корабли неприятеля, угрожавшие Сиракузам. Зеркало имеет вид сферического сегмента, радиус кривизны которого равен примерно 1 м.
Прошла столетий вереница,
Научный подвиг не забыт.
Никто не знает, кто убийца,
Но знают все, кто был убит.
Труды Архимеда значительно подкрепили убеждение людей в том, что Вселенная движется на математических принципах. Закон и порядок существуют в природе, и математика - ключ к пониманию этого порядка.
«Задача - легенда»
Однажды царь приказал Архимеду установить, сколько потребуется золота, чтобы оно по массе равнялось бы массе слона. Но таких весов, чтобы взвесить этот громадный груз, нигде не оказалось. Интересно, каким же способом - и довольно простым - Архимед решил эту задачу?
ОТВЕТ. Архимед решил задачу, поставив слона на большой плот и отметив уровень, до которого плот погрузился в воду. Потом слона сняли с плота и стали нагружать плот слитками до тех пор, пока плот не погрузили до отмеченного уровня. В этом положении вес плота с золотом сравнялся с весом плота со слоном, и, значит, золото весило столько же, сколько слон.
«Как взвеситьплощадь?»
Архимед предложил остроумный способ приближенного вычисления площади начерченной плоской фигуры при помощи взвешивания: перечертить фигуру на лист из однородного материала, вырезать ее, взвесить на точных весах, а затем взвесить квадрат со стороной, равной единице масштаба фигуры, вырезанной из того же материала, и разделить первый результат на второй.
(Показ взвешивания числа π )
Начертите на картоне круг радиуса R =l дм, аккуратно вырежьте круг, определите массу при помощи весов. Значение π = т.
«Задача Гиерона»
Царь Гиерон заказал мастеру венец из чистого золота. Когда заказ был выполнен, царь пожелал проверить, не подменил ли мастер часть данного ему золота серебром и обратился к Архимеду, который в это время был советником царя.
Решение задачи с точки зрения физики:
Дано:
P в воздухе =20Н
P в воде =18,75Н
воды =1000
золота =19320
Найти: венца
Сравнить венца с золота.
Решение:
F арх = P в воздухе - P в воде =1,25Н
F
арх =
ж V
тела g
V
тела =
=
=1,25*10 -4 Н
P
в воздухе =mg
m
венца =
=
=2 (кг)
m
=V
венца
венца =
=
10 4 =1,6*10 4 =16000- это меньше плотности золота. Значит, мастер обманул царя.
Решение задачи с точки зрения математики.
Чистое золото теряет в воде 20-ю долю своего веса, а серебро 10-ю долю. Обман мы раскрыли, но последуем примеру Архимеда и выясним, сколько золота мастер заменил серебром?
Корона потеряла в весе 1,25Н=Н, а должна бы потерять 1Н. Это потому, что она содержит серебро, которое теряет в воде не 
долю веса, а 
. Серебра должно быть в короне столько, чтобы венец терял в воде не 1Н, а Н, т.е. на Н более.
Итак, в венце было 5 Н серебра и 15 Н золота.
Игрушка «Подводный житель»
(Поплавок Декарта)
Из яйца выдуть содержимое. Приделать «ручки» и «ножки» из пластилина.
Налить в яйцо воды, закрыть указательным пальцем, опрокинуть и опустить в сосуд с водой. Приливая и отливая воду, добиваемся, чтобы игрушка плавала. Теперь дополните банку водой до краев, затяните резиновой пленкой, обвязав горлышко сосуда ниткой.
Нажатием на пленку вы заставите «человечка» плясать вверх и вниз.
Опыты:
За столом.
Растворите в стакане, наполненном на ¾ кипятком, 2-3 кусочка сахару. У поверхности жидкости поместите наклонно чайную ложку и на нее лейте тонкой струйкой крепкий чай. Золотистый слой чая будет находится поверх подслащенного кипятка, не смешиваясь с ним. Почему?
Три банки и три картофелины.
Приготовьте три примерно одинаковые небольшие картофелины, три полулитровые банки, поваренную соль, сосуд с водой.
В 1 банку налейте воды, во 2 – очень крепкий раствор. Третью банку до половины наполните крепким рассолом, а поверх него осторожно налейте чистой воды так, чтобы жидкости не смешивались (см. предыдущий опыт). Если положить во все три банки по картофелине, то как они распложаться? Почему? Проверьте свои рассуждения опытным путем.
Викторина « На воде и под водой».
Почему, плывя на спине, легче держаться на воде?
Ответ: плыть на спине легче, т.к. при этом наибольшая часть тела человека погружена в воду. Это увеличивает выталкивающую силу.
Почему у кораблей, выходя из устьев рек в открытое море, осадка становится меньшей?
Почему спасательные пояса делают из пробки?
Ответ: Плотность морской воды 1050
плотности пресной воды
Обучаясь, водолазы должны сколотить деревянный ящик под водой. В чем трудность задания?
Ответ: Трудность заключается в следующем: гвозди, молоток падают вниз, а доски уплывают вверх. Рукоятка молотка, вырываясь из рук располагается вертикально и т.п.
Когда мы стоим на каменистом дне реки или моря на мелководье, у самого берега, то ногам больно, а когда уходим вглубь, боль уменьшается. Почему?
Ответ: Чем большая часть тела человека погружена в воду, тем больше выталкивающая сила. Это приводит к уменьшению силы давления ступни на дно по III закону Ньютона уменьшается давление дна на ступни.
Заключение
Работая над выбранной темой, нами было изучено много литературы, рассказывающей о жизни и деятельности Архимеда, его открытиях. Мы нашли в изученной литературе подтверждение тому, что Архимед – действительно великий ученый, который сделал много открытий не просто теоретических, а таких, которые использовались человеком еще в глубокой древности. Этот ученый достоин того, чтобы его имя знали все. Нами были проделаны некоторые опыты, которые оказались интересными, они подтверждают законы физики. В ходе работы мы составили викторину для проверки знаний учащихся. Работа по данной теме оказалась интересной и полезной. Думаем, что подобранный нами материал пригодится и учащимся, и учителям нашей школы.
Архиме́д (Ἀρχιμήδης ; 287 до н. э. (-287 ) - 212 до н. э. ) - древнегреческий математик , физик и инженер из Сиракуз . Сделал множество открытий в геометрии . Заложил основы механики , гидростатики , был автором ряда важных изобретений.
Биография
Сведения о жизни Архимеда оставили нам Полибий , Тит Ливий , Цицерон , Плутарх , Витрувий , Диодор Сицилийский и другие. Почти все они жили на много лет позже описываемых событий, и достоверность этих сведений оценить трудно.
Другая легенда, приведенная Паппом Александрийским , рассказывает, что построенный Гиероном в подарок египетскому царю Птолемею тяжёлый многопалубный корабль «Сиракузия» никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков (полиспаст), с помощью которой он смог проделать эту работу одним движением руки. По легенде, Архимед заявил при этом: «Будь в моём распоряжении другая Земля, на которую можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу» (в другом варианте: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир»).
Осада Сиракуз
Инженерный гений Архимеда с особой силой проявился во время осады Сиракуз римлянами в 212 году до н. э. в ходе Второй Пунической войны . Сиракузами с 215 года до н. э. правил Гиероним Сиракузский , внук Гиерона II . Гиероним поддержал в войне Карфаген , и римские войска двинулись на Сиракузы. В этот момент Архимеду было уже 75 лет. Подробное описание осады Сиракуз римским полководцем Марцеллом и участия Архимеда в обороне содержится в сочинениях Плутарха и Тита Ливия .
Построенные Архимедом мощные метательные машины забрасывали римские войска тяжёлыми камнями. Думая, что они будут в безопасности у самых стен города, римляне кинулись туда, но в это время лёгкие метательные машины близкого действия забросали их градом ядер. Мощные краны захватывали железными крюками корабли, приподнимали их кверху, а затем бросали вниз, так что корабли переворачивались и тонули (см. коготь Архимеда). В 2005 году были проведены несколько экспериментов с целью проверить правдивость описания этого «сверхоружия древности»; построенная конструкция показала свою полную работоспособность .
Римляне вынуждены были отказаться от мысли взять город штурмом и перешли к осаде. Знаменитый историк древности Полибий писал: «Такова чудесная сила одного человека, одного дарования, умело направленного на какое-либо дело… римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузян одного старца».
По одной из легенд, во время осады римский флот был сожжён защитниками города, которые при помощи зеркал и отполированных до блеска щитов сфокусировали на них солнечные лучи по приказу Архимеда. Существует мнение, что корабли поджигались метко брошенными зажигательными снарядами, а сфокусированные лучи служили лишь прицельной меткой для баллист . Однако в эксперименте греческого учёного Иоанниса Саккаса (1973 год) удалось поджечь фанерную модель римского корабля с расстояния 50 м, используя 70 медных зеркал . Тем не менее достоверность легенды сомнительна; ни Плутарх, ни другие античные историки при описании оборонительных изобретений Архимеда о зеркалах не упоминают, впервые этот эпизод обнаружен в трактате Анфимия Траллийского (VI век), одного из архитекторов собора Святой Софии в Константинополе (трактат был посвящён выпуклым и вогнутым зеркалам). В XII веке легенда получила популярность после публикации Иоанном Зонара́ обширной хроники мировой истории.
- Рассказ Иоанна Цеца (Chiliad, книга II): в разгар боя 75-летний Архимед сидел на пороге своего дома, углублённо размышляя над чертежами, сделанными им прямо на дорожном песке. В это время пробегавший мимо римский воин наступил на чертёж, и возмущённый учёный бросился на римлянина с криком: «Не тронь моих чертежей! » Солдат остановился и хладнокровно зарубил старика мечом.
- Рассказ Плутарха : «К Архимеду подошёл солдат и объявил, что его зовёт Марцелл. Но Архимед настойчиво просил его подождать одну минуту, чтобы задача, которой он занимался, не осталась нерешённой. Солдат, которому не было дела до его доказательства, рассердился и пронзил его своим мечом». Плутарх утверждает, что консул Марцелл был разгневан гибелью Архимеда, которого он якобы приказал не трогать.
- Архимед сам отправился к Марцеллу, чтобы отнести ему свои приборы для измерения величины Солнца. По дороге его ноша привлекла внимание римских солдат. Они решили, что учёный несёт в ларце золото или драгоценности, и, недолго думая, перерезали ему горло.
- Рассказ Диодора Сицилийского : «Делая набросок механической диаграммы, он склонился над ним. И когда римский солдат подошёл и стал тащить его в качестве пленника, он, целиком поглощённый своей диаграммой, не видя, кто перед ним, сказал: „Прочь с моей диаграммы!“ Затем, когда человек продолжил тащить его, он, повернувшись и узнав в нём римлянина, воскликнул: „Быстро, кто-нибудь, подайте одну из моих машин!“ Римлянин, испугавшись, убил слабого старика, того, чьи достижения являли собой чудо. Как только Марцелл узнал об этом, он сильно огорчился и совместно с благородными гражданами и римлянами устроил великолепные похороны среди могил его предков. Что касается убийцы, то он, кажется, был обезглавлен».
- «Римская история от основания города » Тита Ливия (Книга XXV, 31): «Передают, что когда при той сильной суматохе, какую только могла вызвать распространившаяся во взятом городе паника, воины разбежались, производя грабёж, то много было явлено отвратительных примеров злобы и алчности; между прочим, один воин убил Архимеда, занятого черчением на песке геометрических фигур, не зная, кто он. Марцелл, говорят, был этим огорчён, озаботился погребением убитого, разыскал даже родственников Архимеда, и имя его и память о нём доставили последним уважение и безопасность».
Научная деятельность
Математика
Схема архимедова метода вычисления числа π {\displaystyle \pi }
Огромное значение для развития математики имело вычисленное Архимедом отношение длины окружности к диаметру. В работе «Об измерении круга» Архимед дал своё знаменитое приближение для числа π {\displaystyle \pi } : «архимедово число » 3 1 7 {\displaystyle 3{\frac {1}{7}}} . Более того, он сумел оценить точность этого приближения: 3 10 71 < π < 3 1 7 {\displaystyle 3{\frac {10}{71}}<\pi <3{\frac {1}{7}}} . Для доказательства он построил для круга вписанный и описанный 96-угольники и вычислил длины их сторон.
Он также доказал, что площадь круга равна π {\displaystyle \pi } (числу пи), умноженному на квадрат радиуса круга ( π r 2 {\displaystyle \pi r^{2}} ).
Аксиома Архимеда
Архимед является и первым теоретиком механики. Он начинает свою книгу «О равновесии плоских фигур» с доказательства закона рычага. В основе этого доказательства лежит аксиома о том, что равные тела на равных плечах по необходимости должны уравновешиваться. Точно также и книга «О плавании тел» начинается с доказательства закона Архимеда . Эти доказательства Архимеда представляют собой первые мысленные эксперименты в истории механики.
Архимед рассмотрел вопрос о центре тяжести параллелограмма, треугольника, трапеции и параболического сегмента. В сочинении «О плавающих телах» Архимед доказал закон гидростатики , носящий его имя .
Астрономия
Сочинения
До наших дней сохранились:
- Квадратура параболы / τετραγωνισμὸς παραβολῆς - определяется площадь сегмента параболы.
- О шаре и цилиндре / περὶ σφαίρας καὶ κυλίνδρου - доказывается, что объём шара равен 2/3 от объёма описанного около него цилиндра, а площадь поверхности шара равна площади боковой поверхности этого цилиндра.
- О спиралях / περὶ ἑλίκων - выводятся свойства спирали Архимеда .
- О коноидах и сфероидах / περὶ κωνοειδέων καὶ σφαιροειδέων - определяются объёмы сегментов параболоидов, гиперболоидов и эллипсоидов вращения.
- О равновесии плоских фигур / περὶ ἰσορροπιῶν - выводится закон равновесия рычага ; доказывается, что центр тяжести плоского треугольника находится в точке пересечения его медиан; находятся центры тяжести параллелограмма , трапеции и параболического сегмента.
- Послании к Эратосфену о механическом методе / πρὸς Ἐρατοσθένην ἔφοδος - обнаружено в 1906 году , по тематике частично дублирует работу «О шаре и цилиндре », но здесь используется механический метод доказательства математических теорем.
- О плавающих телах / περὶ τῶν ὀχουμένων - выводится закон плавания тел ; рассматривается задача о равновесии сечения параболоида, моделирующего корабельный корпус.
- Измерение круга / κύκλου μέτρησις - до нас дошёл только отрывок из этого сочинения. Именно в нём Архимед вычисляет приближение для числа π {\displaystyle \pi } .
- Псаммит / ψαμμίτης (О счислении песчинок ) - вводится способ записи очень больших чисел. В этом трактате Архимед показывает, что при помощи этой записи можно оценить сверху число песчинок, которые поместятся внутри Вселенной. Эта книга упоминает гелиоцентрическую теорию Солнечной системы , предложенную Аристархом Самосским , а также современные представления о размерах Земли и расстояние между различными небесными телами. С помощью системы чисел, использующих степени с основанием мириада (десять тысяч), Архимед приходит к выводу, что количество песчинок, необходимых для заполнения Вселенной составляет не более чем 10 63 {\displaystyle 10^{63}} в современной нотации. В первой части говорится, что отец Архимеда был астрономом по имени Фидий . Псаммит - единственное сохранившееся произведение, в котором Архимед обсуждает свои взгляды на астрономию .
- Стомахион / στομάχιον - дано описание популярной головоломки-мозаики, состоящей в составлении квадрата из многоугольников, на которые он был вначале разрезан. Более простым вариантом такой головоломки является китайская головоломка танграм . Задача состоит в сборке квадрата из 14 его частей, среди которых 1 пятиугольник, 2 четырёхугольника и 11 треугольников.
- Задача о быках / πρόβλημα βοικόν ) - ставится задача, приводимая к уравнению Пелля . Эта работа была обнаружена Готхольдом Эфраимом Лессингом в греческой рукописи, состоящей из стихотворения из 44 строк, в библиотеке герцога Августа в Вольфенбюттеле в Германии в 1773 году. Она адресована Эратосфену и математикам Александрии. Архимед ставит им задачу подсчитать количество голов скота в стаде Солнца, решая ряд совместных диофантовых уравнений.
Ряд работ Архимеда сохранился только в арабском переводе:
Память
В честь Архимеда названы:
В художественной литературе- Житомирский С. В. Учёный из Сиракуз: Архимед. Историческая повесть. М.: Молодая гвардия, . - Серия «Пионер - значит первый » - 191 с.
- Карел Чапек. Смерть Архимеда.
Весьма неканонические версии гибели Архимеда даны в двух рассказах современных русских писателей Озара Ворона «Война и геометр» и А. Башкуева «Убить Архимеда». Рассказы исторически непротиворечивы, но при этом написаны с точки зрения римского легионера - убийцы великого учёного, но вовсе не «безграмотного варвара, не понимавшего, кого убивает».
В мультипликации
- «Коля, Оля и Архимед » ( , реж. Юрий Прытков)
- 1914 - Кабирия (Cabiria) - худ. фильм, режиссёр - Джованни Пастроне , Архимеда играет Энрико Джемелли.
См. также
Примечания
- Легенда приведена у Витрувия , «Об архитектуре», книга IX, глава 3.
- BBC Secrets of the Ancients: The Claw
- Science: Archimedes" Weapon (англ.) . Архивировано 2 февраля 2012 года.
- См. впечатляющую галерею картин на эту тему.
- Tomb of Archimedes
- …С трудом разыскав могилу, горько заключил: «Один из самых славных городов Греции, некогда породивший на свет столько учёных, не знал уже даже, где находится гробница самого гениального из его граждан».
- Зубов В. П. Физические идеи древности // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. - М., АН СССР, 1959. - С. 54-55;
- Житомирский, 2001.
Архимед сделал множество открытий в геометрии, заложил основы механики, гидростатики, был автором ряда важных изобретений.
Научные открытия ученого Архимеда
Научные открытия древнегреческого ученого Архимеда повлияли на развития физики, геометрии, механики и других наук.
Широко известна история, когда царь города Сиракузы Гиерон поручил Архимеду проверить, не обманул ли его ювелир, который должен был сделать ему корону из чистого золота. Размышляя над тем, как ему решить эту задачу. Архимед как-то зашел в баню и там, погрузившись в ванну, ему пришла в голову блестящая идея: погружая корону в воду, можно определить её объём, измерив объём вытесненной ею воды. Согласно легенде, Архимед выскочил голый на улицу с криком «Эврика» (древне греческое εὕρηκα – нашёл). В этот момент был открыт основной закон гидростатики: закон Архимеда.
Его математические работы намного опередили своё время. Он является одним из создателей механики как науки, ему принадлежат различные технические изобретения.
Одним из них является винтообразный вал (шнек) , который находится внутри мясорубки. Когда его вращают, он захватывает куски мяса и продвигает их под ножи. Такой вал называют по имени изобретателя, винтом Архимеда. Только Архимед придумал его вовсе не для мясорубки, а для водоподъемного устройства, чтобы орошать поля. Архимедов (бесконечный) винт с успехом употреблялся для подъема воды в течение двух тысяч лет. Еще в 20-х годах нашего века в Крыму можно было увидеть «архимедов червяк», который применялся для откачивания густого соляного раствора. Архимедов винт послужил прототипом авиационных пропеллеров и судовых винтов а также обычных винта и гайки. В настоящее время Архимедов винт применяется в различных машинах и механизмах, для перемещения деталей на заводах, подъема сыпучих грузов и даже в качестве движителя вездехода.
Архимед развил идеи использования рычага. Так ученый создал в порту Сиракуз целый комплекс блочно-рычажных механизмов, которые значительно облегчили и ускорили процесс транспортировки тяжелых грузов.
Широко известны и военные изобретения Архимеда, благодаря которым удавалось длительное время удерживать оборону Сиракуз от римских войск.
Как военный инженер, он загодя подготовился к нападению неприятеля и построил много различных оборонительных машин.
Архимед соорудил машины приспособленные к метанию снарядов на любое расстояние. Так, если неприятель подплывал издали, Архимед поражал его из дальнобойных камнеметальных орудий и повергал в трудное беспомощное положение. Если же снаряды начинали летать поверх неприятеля, Архимед употреблял в дело меньшие машины, каждый раз сообразуясь с расстоянием, и наводил на римлян такой ужас, что они никак не решались идти на приступ или приблизиться к городу на судах. Архимед изобрел и применил механизмы, которые переворачивали вражеские корабли.
Изобретения Архимеда настолько напугали римлян, что когда только видели над стеной показывающиеся бревно или веревку, то кричали, что Архимед на них направляет какую-то машину, отступали и обращались в бегство.
Существует также легенда, что Архимед приказал воинам наполировать до блеска щиты и направить отраженный от них солнечный свет на римские корабли, что привело к их возгоранию.
Архимед построил планетарий или «небесную сферу» , при движении которой можно было наблюдать движение пяти планет, восход Солнца и Луны, фазы и затмения Луны, исчезновение обоих тел за линией горизонта. Занимался проблемой определения расстояний до планет; предположительно в основе его вычислений лежала система мира с центром в Земле, но планетами Меркурием, Венерой и Марсом, обращающимися вокруг Солнца и вместе с ним - вокруг Земли
😉 Приветствую неизменных читателей и гостей сайта! В статье «Архимед: биография, открытия, интересные факты» — о жизни древнегреческого математика, физика и инженера. Годы жизни 287-212 до н.э. В конце статьи размещен интересный и познавательный видеоматериал о жизни ученого.
Биография Архимеда
Знаменитый ученый древности Архимед был сыном астронома Фидиуса и получил хорошее образование в Александрии, где познакомился с трудами Демокрита, .
При осаде Сиракуз, Архимед разработал осадные машины (огнеметы), которые уничтожили значительную часть неприятельской армии. Архимед был убит римским солдатом, несмотря на приказы генерала Марка Марцелла.
Эдуар Вимон (1846-1930). Смерть Архимеда
Легенда, распространенная греками, говорит, что великий математик был зарезан, когда он писал уравнение на песке, тем самым желая противопоставить свое превосходство римской некомпетентности. Возможно, что его смерть также стала местью за ущерб, нанесенный его изобретениями римскому флоту.
«Эврика!»
Самый известный анекдот об Архимеде рассказывает, как он изобрел метод определения объема объекта неправильной формы. Гиерон II приказал пожертвовать золотую корону в храм.
Архимеду пришлось определить, не заменил ли ювелир часть материала серебряным. Он должен был выполнить эту задачу, не повреждая корону, поэтому он не мог расплавить ее в простой форме, чтобы вычислить ее плотность.
Во время купания ученый заметил, что уровень воды в ванне увеличивается, когда он входит в нее. Он понимает, что этот эффект можно использовать для определения объема короны.
С точки зрения этого эксперимента, вода имеет практически постоянный объем. Корона же будет вытеснять количество воды собственным объемом. Деля массу короны на объем смещенной воды, получается ее плотность. Эта плотность была бы ниже, чем у золота, если бы к ней были добавлены менее дорогие и более легкие металлы.
Архимед, выскочив из ванны, нагим бежит по улице. Он так возбужден своим открытием и забывает одеться. Он громко кричит «Эврика!» («Я нашел»). Опыт был успешным и доказывал, что серебро действительно было добавлено к короне.
История с золотой короной не присутствует ни в одном из известных произведений Архимеда. Кроме того, практическая применимость описанного метода является сомнительной из-за необходимости предельной точности измерения изменений уровня воды.
Мудрец, скорее всего, использовал принцип, известный в гидростате как закон Архимеда, и описанный впоследствии в его трактате о плавающих телах.
По его словам, тело, погруженное в жидкость, подвергается силе, равной весу жидкости, смещенной им. С помощью этого принципа можно сравнить плотность золотой короны с плотностью золота.
Тепловой луч
Архимед, возможно, использовал группу зеркал, действующих вместе как параболическое зеркало, чтобы поджечь корабли, атакующие Сиракузы. Лукиан писатель II столетия пишет, что Архимед разрушил корабли огнем.
В VI веке Антимий из Тралла назвал «горящим стеклом» оружие Архимеда. Устройство, также называемое «Thermim Beam Archimedes», использовалось для фокусировки солнечного света на кораблях, таким образом освещая их.
Это предполагаемое оружие в эпоху Возрождения стало предметом споров по поводу его реального существования. отверг его, как невозможное. Современные ученые пытаются воссоздать описанные эффекты, используя только инструменты, доступные во время Архимеда.
Есть предположения, что большое количество хорошо полированных бронзовых экранов, действующих как зеркала, можно использовать для фокусировки солнечных лучей на судне с использованием принципа параболического зеркала.
Опыты Архимеда в современном мире
В 1973 г. ученый Иоаннис Сакас из Греции провел эксперимент с тепловым лучом Архимеда на военно-морской базе в Скарамаге. Он использовал 70 зеркал с медным покрытием и размером 1,5 на 1 м. Они были нацелены на фанерный макет корабля на расстоянии в 50 м.
Когда зеркала сфокусировались, макет корабля воспламеняется за несколько секунд. Раньше корабли покрывали смолистой краской, которая, вероятно, способствовала воспламенению.
В октябре 2005 г. группа студентов Массачусетского технологического института провела эксперимент с 127 квадратными зеркалами размером 30 х 30 см., ориентируясь на деревянную модель корабля на расстоянии около 30 метров.
Пламя появляется на части корабля, в ясную погоду при безоблачном небе и если корабль остается неподвижным около 10 минут.
Эта же группа повторяет телевизионный эксперимент «MythBusters» с использованием деревянного рыболовного судна в Сан-Франциско. Опять возникает некоторое зажигание. «Охотники за мифами» определяют опыт как неудачный из-за долгого времени и идеальных погодных условий, необходимых для зажигания.
Если Сиракузы находятся на востоке, то римский флот атакует утром для оптимальной фокусировки света. В то же время обычное оружие, такое как пылающие стрелы или снаряды, запускаемые с помощью катапульты, может быть использовать намного легче, чтобы потопить корабль на таком небольшом расстоянии.
Многие ученые считают древнегреческого ученого одним из величайших математиков в истории, наряду с , Гауссом и Эйлером. Огромен его вклад в геометрию, механику, он считается одним из пионеров математического анализа.
Он систематически применяет математику к естественным наукам, техническим открытиям и изобретениям. Его научные вклады изучили и описали Эратосфен, Конон и Досифед.
Труды Архимеда
- математик вычислил поверхность параболического сегмента и объемы различных математических тел;
- он рассматривал несколько кривых и спиралей, одна из которых носит его имя: Archimedes spiral;
- дал определение полурегулярных мультистатов, называемых Archimedes;
- представил доказательство безграничности массива натуральных чисел (также известного как аксиома Архимеда).
