Архимед: гениальный ученый, инженер и защитник Сиракуз (287-212 до н.э.)
Вы можете спросить: кто из древних ученых был самым гениальным? Трудно сказать - все они были гениями ... Но самым разносторонним из них был точно Архимед.
Архимеда одинаково интересовали и математика, и физика, и астрономия. А ещё он был выдающимся инженером.
Поздний старт в науке и невероятная продуктивность
Удивительно то, что настоящей наукой Архимед стал заниматься лишь в возрасте 40 лет. По тем временам это было очень поздно. Но лучше поздно, чем никогда, как говорит известная пословица.
За оставшиеся ему 35 лет жизни Архимед сделал больше, чем все его современники вместе взятые!
Ранние годы и образование
С юности Архимеда интересовали всевозможные механизмы, и многие из своих изобретений он сделал ещё в молодости.
Родился Архимед в городе Сиракузы на острове Сицилия (на карте этот остров напоминает «мяч», по которому носком ударил «сапог» Италии). Его отец Фидий был астрономом и, конечно, привил Архимеду любовь к математике и астрономии.
Известно только, что примерно в 40 лет Архимед отправился в Александрию и познакомился там с Эратосфеном, астрономом Кононом и другими учёными мужами. Потом уже Архимед вернулся в Сиракузы и стал писать оттуда научные письма.
Научные письма и открытия в математике
Приходили эти письма на имя одного из учеников Конона - Досифея, и каждое начиналось так: “Архимед приветствует Досифея”.
Что же содержалось в этих письмах?
В них Архимед сообщал удивительные вещи:
- каким образом можно вычислить площадь круга;
- или найти центр тяжести параболоида;
- какую часть от объёма всего цилиндра должен занимать вписанный в этот цилиндр шар и многое другое.
Для всех этих фигур он получал идеально точные формулы, а ведь шар или параболоид – всё это “кривые” тела, греки с ними работать тогда ещё не умели.
Каждое письмо Архимеда было открытием, а его методы были совсем не “элементарны” - можно даже сказать, что за два века до нашей эры он первым открыл высшую математику!
Могила Архимеда и его наследие в геометрии
Архимед очень гордился тем, как он вычислил объём шара, и просил своих родственников изобразить на его могильной плите шар внутри цилиндра, а рядом написать соотношение их объёмов. Об этом через 150 лет после его смерти вспомнил римский оратор Цицерон, поехал в Сиракузы и по данному чертежу нашёл там могилу Архимеда. По его словам, вся она заросла терновником.
Архимед много занимался элементарной геометрией - в школе проходят его знаменитую лемму об окружностях, иногда решают задачу об арбелосе (ноже, которым в Сиракузах разделывали кожи животных).
Посмотрите на его чертежи: Архимед доказал, что две окружности, вписанные в части любого арбелоса, непременно равны друг другу. Ни одному кожевеннику это не пришло бы в голову!
Инженерные изобретения, прославившие Архимеда
Но больше всего народ уважал Архимеда не за это - всеобщее восхищение вызывали его инженерные изобретения.
Он придумал, как специальным винтом поднимать воду из реки в город, как с помощью блоков и верёвок переносить огромные тяжести. (Кстати, архимедов винт до сих пор используют в обычной мясорубке!)
Легенда о корабле и точка опоры
Однажды правитель Сиракуз Гиерон повелел построить корабль в подарок египетскому царю - внуку того Птолемея, который разговаривал с Евклидом. Корабль получился столь большим и тяжёлым, что его не могли сдвинуть с места все жители Сиракуз. Тогда Гиерон попросил помощи у Архимеда. Тот смастерил такую систему блоков и рычагов, что смог в одиночку спустить этот корабль на воду. Гиерон был в полном восторге.
Архимед же сказал так: “Дайте мне точку опоры, и я сдвину землю!”
Открытие закона гидростатики: знаменитое «Эврика!»
Архимед был так поглощён своей наукой, что временами забывал есть и пить. Сидя перед очагом, он чертил круги и треугольники прутом на золе, а когда ходил в общественную баню - на своём намазанном маслом теле. Именно в бане он и сделал ещё одно выдающееся открытие. Дело было вот в чём.
Как-то Гиерон заказал своему мастеру сделать золотой венец и отвесил ему для этого нужную меру золота. Венец он получил, но в то же время получил и донос, что тот мастер утаил часть золота и заменил его серебром. Проверить это не было никакой возможности - ведь полученный им венец имел правильный вес, а его форма была слишком сложной для измерений.
Гиерон опять обратился за помощью к Архимеду. Тот стал думать над этим вопросом и как раз отправился в баню. Принимая там ванну, он заметил, что чем больше погружает в неё своё тело, тем больше выливается из ванны воды ... Наверняка каждый из вас в своей жизни наблюдал нечто подобное. Но Архимед выскочил из ванны и, не одеваясь, прямо по улице побежал домой. Говорят, что при этом он громко кричал: “Эврика!”, “Эврика!” - что означало: “Нашел!”, “Нашел!”
Дальше всё было уже просто: дома он сделал два слитка одинакового веса с нужным венцом - один из золота, другой из серебра. Он стал погружать эти слитки в воду и смотрел, сколько они вытесняют воды. Оказалось, что серебряный слиток вытесняет воды больше, чем золотой. Тогда он погрузил венец и понял, что он тоже вытесняет больше воды, чем нужно. Так Архимед установил, что мастер при его изготовлении подмешал серебро, и даже вычислил, сколько именно он утаил золота.
Но главное - Архимед открыл новый закон: при погружении в воду тело всегда вытесняет количество воды, равное объёму самого тела. Это наблюдение стало первым в его исследованиях свойств жидкостей.
Архимед - защитник Сиракуз: гений на войне
Может быть, мы с вами и не узнали бы столько об Архимеде, если бы он не прославился при обороне своего родного города от римлян. Тогда Рим уже много лет воевал с Карфагеном, Сицилия долго была независима, но в 214 г. до н.э. Сиракузы решили принять сторону Карфагена.
Римское войско осадило город. Во главе его стоял лучший полководец Марцелл. Он рассчитывал взять Сиракузы за неделю, но не мог ожидать, что участие одного человека может всё поменять. Просто этим человеком был великий Архимед.
Небывалые военные машины
Для обороны своего города он создал небывалые военные машины: это были катапульты, метавшие камни на огромные расстояния; подъёмные краны с крючьями, которые цепляли римские корабли и топили их в гавани. Дошло до того, что солдаты Марцелла в ужасе разбегались, как только видели над крепостной стеной верёвку или бревно!
Легенда о зажигательных зеркалах: миф или реальность?
Существует даже легенда о том, что Архимед установил на крепостных стенах множество зеркал и с помощью силы солнца поджигал ими римские корабли. Многие потом сомневались, что это в принципе было возможно. Однако к тому времени греки уже знали об удивительном свойстве зеркального параболоида собирать солнечный свет в одной точке - фокусе.
Чем больше и шире параболоид, тем дальше находится от него его фокус и тем сильнее нагревается эта точка. Похожий опыт каждый из вас может провести с увеличительным стеклом. Где же Архимед взял такой огромный параболоид, чтобы им можно было на расстоянии зажигать целые корабли?
Первым на этот вопрос ответил в 1747 году французский ученый Жорж-Луи де Бюффон. Он построил систему из 128 небольших плоских зеркал, расположил их по параболе и с их помощью смог зажечь дерево на расстоянии 50 метров. Более того - он расплавил этими зеркалами свинец и серебро. Тот же опыт повторили в 2005 году исследователи из Технологического института в Массачусетсе - им удалось похожим способом поджечь корабль, стоявший на расстоянии 50 метров от берега. Так что идея Архимеда вполне могла бы осуществиться.
К сожалению, сочинение Архимеда, посвящённое зеркалам, его знаменитая “Катоприка”, оказалось полностью утраченным. Хотя можем ли мы быть уверены в этом до конца? Ведь другой его важный труд “Метод механических теорем” тоже считали навсегда потерянным. А потом его случайно обнаружили в середине XIX века в подвале библиотеки Константинополя на стёртом пергаменте, поверх которого были написаны богослужебные тексты. Этот палимпсест снова потерялся, был найден только через 100 лет и расшифрован уже в XXI веке.
Трагическая гибель и наследие
Осада Сиракуз продолжалась почти два года. Наконец римляне взяли город хитростью и предательством. На улицах начались резня и грабёж. Римский легионер ворвался к Архимеду с приказом немедленно следовать за ним к Марцеллу. Но Архимед так был поглощён решением геометрической задачи, что не слышал шума в городе и сказал ему только: “Не наступи на мои чертежи!” Это были его последние слова - раздражённый солдат убил его.
Историк Плутарх пишет, что Марцелл, узнав о смерти Архимеда, сильно опечалился и потом сторонился его убийцы. Он разыскал родственников Архимеда и милостиво обошёлся с ними. Впрочем, в ту эпоху для всего греческого мира римляне были ещё варварами и жестоко расправлялись с побеждёнными.
Известно, что на память о великом учёном Марцелл взял себе его “Небесную сферу” - чудесный маленький планетарий, сделанный руками Архимеда. На нём можно было наблюдать движение пяти планет, восходы солнца и фазы Луны. “Небесную сферу” Архимеда потом несколько веков всем показывали в Риме - она всегда вызывала восхищение!
Заключение:
Архимед остаётся одной из самых ярких и вдохновляющих фигур в истории науки, чьи открытия в математике, физике и инженерии опередили своё время на многие столетия.