Архимед


АрхимедАрхимед – один из крупнейших ученых античности, его исследовательская деятельность коснулась не только математики, но и физики, механики, астрономии. Он изобретал изделия, применявшиеся в самых разных сферах человеческой деятельности — от сельского хозяйства до военного дела.
Винтообразный насос, открытый при изучении спиралей, использовался для орошения земель в долине Нила еще в древности. «Архимедов винт» широко применялся для откачки воды из шахт, а ныне составляет рабочий элемент во многих приборах, например, в мясорубках и бетономешалках.
Архимед экспериментировал с вогнутыми зеркалами и на этой основе создал ряд работ по изучению свойств парабол.
Используя принцип интегрирования, Архимед открыл число π (Pi).
Архимед является одной из знаковых фигур мировой культуры.

Годы жизни: 287 – 212 годы до н. э.

Родители:

Отец – Фидий, родственник царя Гиерона II, видный астроном-астролог.

Мать – нет сведений.

Краткая хронология:

270 год до н. э. – Гиерон II захватывает власть в Сиракузах. Путешествие Архимеда в Александрию.

260-250 годы до н. э. – Открытие числа л. Исчисление песчинок: зная размер Вселенной и размер песчинки, Архимед вычислил количество песчинок, способных заполнить всю Вселенную. Полученное им число было немногим меньше 1063. «Задача о быках».

250-240 годы до н. э. – Принцип рычага. Создание формулы расчета объема и площади поверхности сфер. Открытие «Архимедовой силы».

212 год до н.э. – Гибель Архимеда в Сиракузах.

75 год до н. э. – Цицерон находит могилу Архимеда.

АрхимедАрхимед (287 до н. э. — 212 до н. э.) — древнегреческий математик, механик и инженер из Сиракуз (о.Сицилия).
Дата рождения Архимеда (287 до н.э.) определяется исходя из свидетельства византийского историка XII века Иоанна Цеца, согласно которому он «прожил семьдесят пять лет».
Отец его был математик и астроном Фидий, состоявший в близком родстве с Гиероном, тираном Сиракуз. Отец привил сыну с детства любовь к математике, механике и астрономии.
В Александрии Египетской — научном и культурном центре того времени — Архимед познакомился со знаменитыми александрийскими учеными: астрономом Кононом, разносторонним учёным Эратосфеном, с которыми потом переписывался до конца жизни. В то время Александрия славилась своей библиотекой, в которой было собрано более 700 тыс. рукописей. По-видимому, именно здесь Архимед познакомился с трудами Демокрита, Евдокса и других замечательных греческих геометров, о которых он упоминал и в своих сочинениях.
Покинув Александрию, Архимед вернулся в Сицилию. В Сиракузах он был окружён вниманием и не нуждался в средствах. Из-за давности лет жизнь Архимеда тесно переплелась с легендами о нём.
Архимед был замечательным механиком-практиком и теоретиком, но основным делом его жизни была математика. По словам Плутарха, Архимед был просто одержим ею. Он забывал о пище, совершенно не заботился о себе.
Его работы относились почти ко всем областям математики того времени: ему принадлежат замечательные исследования по геометрии, арифметике, алгебре. Так, он нашёл все полуправильные многогранники, которые теперь носят его имя, значительно развил учение о конических сечениях, дал геометрический способ решения кубических уравнений вида x^2 (a pm x) = b, корни которых он находил с помощью пересечения параболы и гиперболы. Архимед провёл и полное исследование этих уравнений, то есть нашёл, при каких условиях они будут иметь действительные положительные различные корни и при каких корни будут совпадать.
Остались отрывки работы Архимеда, в которой он развивает математическую теорию популярной в Греции игры (так называемой стомахии), предвосхищая, таким образом, более чем на 2 тыс. лет создание математической теории игр.
Но главное его внимание было сосредоточено на трёх типах проблем:

Архимед

Архимед
Картина Доменико Фетти, 1620г.

1. Определение площадей криволинейных фигур или соответственно, объёмов тел. Мы уже знаем, как определять площади прямолинейных фигур, площадь круга, объём призмы, пирамиды, цилиндра и конуса. Все это умели делать греки и до Архимеда.
Но только он нашёл общий метод, позволяющий найти любую площадь или объём. Трудно переоценить значение этого метода, без которого была бы немыслима ни физика, ни астрономия. Идеи Архимеда легли в основу интегрального исчисления.
Сам Архимед определил с помощью своего метода площади и объёмы почти всех тел, которые рассматривались в античной математике. Лучшим своим достижением он считал определение поверхности и объёма шара. Он просил выбить на своей могиле шар, вписанный в цилиндр.
2. Пусть дана некоторая кривая линия. Как определить касательную в любой её точке? Или, если переложить эту проблему на язык физики, пусть нам известен путь некоторого тела в каждый момент времени. Как определить скорость его в любой точке?
В школе учат, как проводить касательную к окружности. Древние греки умели, кроме того, находить касательные к эллипсу, гиперболе и параболе. Первый общий метод решения и этой задачи был найден Архимедом. Этот метод впоследствии лёг в основу дифференциального исчисления.

3. В математике, физике и астрономии очень важно уметь находить наибольшие и наименьшие значения изменяющихся величин — их экстремумы. Например, как среди цилиндров, вписанных в шар, найти цилиндр, имеющий наибольший объём?
Все такие задачи в настоящее время могут быть решены с помощью дифференциального исчисления. Архимед первым увидел связь этих задач с проблемами определения касательных и показал, как с можно решать задачи на экстремумы. Огромное значение для развития математики имело вычисленное Архимедом отношение длины окружности к диаметру.

АрхимедАрхимед прославился многими механическими конструкциями. Изобретённый им бесконечный, или архимедов, винт для вычерпывания воды до сих пор применяется в Египте.
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.
Идеи Архимеда почти на два тысячелетия опередили своё время. Только в XVII в. учёные смогли продолжить и развить труды великого греческого математика. Только тогда было раскрыто их подлинное значение.
Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его поразительные изобретения, производившие ошеломляющее действие на современников. Известен рассказ о том как Архимед сумел определить, сделана ли корона царя Гиерона из чистого золота или ювелир подмешал туда значительное количество серебра.
Удельный вес золота был известен, но трудность состояла в том, чтобы точно определить объём короны: ведь она имела неправильную форму!
Архимед всё время размышлял над этой задачей. Как-то он принимал ванну, и тут 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!», т. е, «Нашёл!». В этот момент был открыт основной закон гидростатики.
Другая легенда рассказывает, что построенный Гиероном в подарок египетскому царю Птолемею роскошный корабль «Сирокосия» никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков (полиспаст), с помощью которой он смог проделать эту работу одним движением руки. Этот случай или размышления Архимеда над принципом рычага послужили поводом для его крылатых слов: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю».

Архимед

Рисунок из книги немецкого
математика Афанасия Кирхера
“Великое искусство света и тени”
(1647 г.), предложившего
систему из параболических зеркал, способных
зажигать дерево на любом расстоянии

Инженерный гений Архимеда с особой силой проявился во время осады Сиракуз римлянами в 212 до н. э. А ведь в это время ему было уже 75 лет!
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.
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».
Но даже во время осады Архимед не давал покоя римлянам. По легенде, 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.
Этот день 212 года до н. э. уцелевшим римлянам запомнился на всю жизнь. Почти полтысячи маленьких солнц вдруг загорелись на крепостной стене.
Сначала они просто ослепили, но через некоторое время произошло нечто фантастическое: передовые римские корабли, подошедшие к Сиракузам, один за другим вдруг начали вспыхивать, как факелы. Бегство римлян было паническим…
Вообще говоря, о необычном архимедовом оружии вспомнили мы не ради исторических изысканий. Нас интересуют уникальные свойства вогнутых зеркал. Да-да, вогнутых зеркал.
Ведь Архимедом, по существу, было изобретено «распределенное» вогнутое зеркало. Составленное из множества обычных зеркал, отражения от которых направлены в одну точку, оно способно концентрировать в своем фокусе огромную энергию. В случае с римскими кораблями это – световая и тепловая энергии.

Архимед

Смерть Архимеда. Римская мозаика.

Легенда была дважды опровергнута в телепередаче «Разрушители легенд» (в 46-м и 16-м выпусках). Существует мнение, что корабли поджигались метко брошенными зажигательными снарядами, а сфокусированные лучи служили лишь прицельной меткой для баллист.
Справедливости ради надо сказать и о следующих попытках восстановления репутации Архимеда.
Греческий инженер – механик Иоанис Сакас в ноябре 1973 года расставил 70 помощников на берегу бухты с щитообразными зеркалами размером 91 на 50 сантиметров.
По команде Сакаса, помощники несколько раз поднимали зеркала, пытаясь сфокусировать солнечные зайчики на лодке, груженной смолой.
Наконец, когда лучи удалось совместить в одной точке, лодка в этом месте задымилась и через три минуты вспыхнула!
Аналогичный опыт, правда, на суше, 30 сентября 2005 года провели студенты и профессора Массачусетского технологического института. Дело пошло не так гладко, как у греков: студенты никак не могли навести в одну точку все 129 квадратных зеркал, закупленных для эксперимента. Вскоре небо затянули облака и продолжение экслеримента стало невозможным.
Вторая попытка увенчалась полным успехом: на этот раз профессора решили обойтись без студентов и сделали все сами.
С помощью зеркала, дающего крестообразный «зайчик» – мишень на макет римского корабля, они поочередно навели в одно место все 129 зеркал, предварительно задрапированных тканью, чтобы свет одного зеркала не мешал наводить другое.
Наконец, когда все было сфокусировано, ученые скинули покрывала. Через несколько минут от макета из красного дуба повалил густой дым, а затем на месте фокусировки вспыхнуло пламя. Полюбовавшись на дело рук своих и затушив огонь, ученые обнаружили, что их гигантскии «солнечный заяц» прожег доску толщиной 2,54 сантиметра насквозь (!..)

В общем и целом, проведенные в разные времена опыты убедительно доказали: Архимед вполне мог для поджога римских квинкирем использовать систему зеркал собственной конструкции.
Только вследствие измены Сиракузы были взяты римлянами осенью 212 до н. э. При этом Архимед был убит. Плутарх сохранил нам яркий рассказ о его смерти: «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».
Яркие картины его гибели, описанные Ливием, Плутархом и Валерием Максимом, различаются лишь в деталях, но сходятся в том, что Архимеда, занимавшегося в глубокой задумчивости геометрическими построениями, зарубил римский воин…

Источники информации:
1. Де Агостини «100 человек, которые изменили ход истории. Архимед»
2. Википедия

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *