Архимед и его открытия в физике

Если говорить об учёных, опередивших своё время, то Архимед (около 287-212 г.г. до нашей эры) может считаться своеобразным рекордсменом в этом смысле. Многие его идеи нашли своих продолжателей лишь через тысячелетия. Архимед родился в Сиракузах, греческой колонии на острове Сицилия. Отцом Архимеда был математик и астроном Фидий. Он с детства привил сыну любовь к математике, механике и астрономии. Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его изобретения, оказывавшие ошеломляющее впечатление 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. Не менее известно изречение Архимеда: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!», вызванное случаем, когда учёному легко удалось (с помощью изобретённого им механизма полиспаста – комбинации блоков) спустить на воду тяжёлый многопалубный корабль.

Архимед прославился многочисленными механическими конструкциями. Рычаг был известен и до Архимеда, но лишь Архимед изложил его математическую теорию и успешно применял её на практике. Архимед построил в порту Сиракуз немало блочно-рычажных механизмов для облегчения подъёма и транспортировки тяжёлых грузов. Изобретённый им архимедов винт (шнек) для вычерпывания воды до сих пор применяется в Египте. «Это изобретение, – писал Галилей об архимедовом винте, – не только великолепно, но просто чудесно, поскольку мы видим, что вода подымается в винте, беспрерывно опускаясь».

Первым открытием Архимеда в механике было понятие центра тяжести, то есть доказательство того, что в любом теле есть единственная точка, в которой можно сосредоточить его вес, не нарушив равновесного состояния. Архимед решил ряд задач на нахождение центров тяжести различных фигур: треугольника, параллелограмма, конуса, сегмента параболы. В физику под именем закона Архимеда и архимедовой силы вошли понятия из его замечательного сочинения «О плавающих телах». Архимед является автором способа определения плотности тел путем измерения их объёма при погружении в жидкость. Хотелось бы отметить легенду, которую вы слышали ни раз, о том, как был открыт один из законов физики. Однажды, погрузившись в ванну в купальне, Архимед заметил, что своим телом он вытеснил часть воды, и она выплеснулась, а при этом вода его как бы поддерживала. Ученый сразу понял, что здесь и заключается решение мучавшей его проблемы. С криком "Эврика!" (Нашел!") он выскочил из купальни и помчался по улице: ему не терпелось сделать вычисления. Так был открыт знаменитый архимедов закон выталкивающей силы.

«Почему в плоских зеркалах предметы сохраняют свою натуральную величину, в выпуклых – уменьшаются, а в вогнутых – увеличиваются; почему левые части предметов видны справа и наоборот; когда изображение в зеркале исчезает и когда появляется; почему вогнутые зеркала, будучи поставлены против Солнца, зажигают поднесенный к ним трут; почему в небе видна радуга; почему иногда кажется, что на небе два одинаковых Солнца, и много другого подобного же рода», – так описывают античные авторы проблемы, которые рассматривает Архимед в оптике. С ней связана легенда о поджоге Архимедом римских кораблей во время осады Сиракуз.

Архимед вскользь рассказал о своих измерениях углового диаметра Солнца и коснулся других астрономических вопросов в арифметическом сочинении «Псаммит». Получив видимый угловой диаметр Солнца, Архимед учитывает, что проводил наблюдения с поверхности Земли, а не из её центра. При расчете расстояния между центрами Солнца и Земли он вносит соответствующую поправку. Это нововведение является важным вкладом в астрономическую науку.

Архимед создал свою систему мира с центром в Земле, но планетами Меркурием, Венерой и Марсом, обращающимися вокруг Солнца и вместе ним — вокруг Земли. Архимед создал небесный глобус, который использовали как подвижную карту звездного неба. Заставив с помощью специальных механизмов перемещаться макеты светил, он создал своеобразный планетарий, демонстрировавший все видимые движения небесных тел и даже фазы Луны.

Работы Архимеда относились почти ко всем областям математики того времени: ему принадлежат замечательные исследования по геометрии, арифметике, алгебре. Лучшим своим достижением он считал определение поверхности и объёма шара — задача, которую до него никто решить не мог. Архимед просил выбить на своей могиле шар, вписанный в цилиндр.

Слава Архимеда-инженера была внезапной и ошеломляющей. Инженерный гений Архимеда проявился при драматических обстоятельствах осады Сиракуз весной 214 г. до н.э., когда Архимеду было уже за семьдесят. Эта победа над римлянами стала величайшим триумфом, который когда-либо выпадал на долю учёных. Вот список устройств, усовершенствованных или созданных Архимедом для ведения обороны Сиракуз:

• камнеметательные машины;
• машины для сбрасывания камней и «груд свинца» на корабли;
• машины с «железными лапами», опрокидывавшие корабли;
• применение отверстий-бойниц в крепостных стенах.