Год открытия. 260 г. до н.э.
Почему это одно из 100 величайших открытий?
Понятия плавучести (вода давит на тело с силой, равной весу вытесненной этим телом воды) и рычага (сила, давящая на одну сторону рычага, создаёт на другой стороне подъёмную силу, пропорциональную длинам обеих сторон рычага) лежат в основе всей количественной науки и техники. Они представляют собой самые ранние прорывы человечества в понимании взаимосвязей в окружающем нас физическом мире и в разработке математических методов описания физических явлений. Эти два открытия стали основой бесчисленных инженерных и научных достижений.
Как это было обнаружено?
В 260 году до нашей эры 26-летний Архимед изучал две известные науки — астрономию и Геометрия — в Сиракузах, Сицилия. Однажды Архимед отвлекся на игру четырёх мальчиков.
На пляже они держали доску на доске, вытащенной из плавника. Они закрепили её на скале высотой по пояс . Один мальчик уселся на один конец доски, а трое его друзей с размаху прыгнули на другой. Одинокого мальчика подбросило в воздух.
Мальчики сдвинули доску с центра по балансирующему камню так, что на короткой стороне осталась только четверть. Трое из них забрались на короткий верхний конец. Четвёртый запрыгнул на поднимающийся длинный конец, с грохотом опрокинув его на песок и подбросив трёх своих друзей в воздух.
Архимед был очарован. И он решил понять принципы, которые так легко позволяли маленькому грузу (одному мальчику) поднимать большой груз (трем мальчикам).
Архимед использовал деревянную полоску и небольшие деревянные бруски для моделирования мальчиков и их коряги. Он сделал треугольный брусок для моделирования их скалы. Измеряя, балансируя различные комбинации грузов на каждом конце рычага (слово «рычаг» произошло от латинского слова, означающего «поднимать»), Архимед понял, что рычаги являются примером действия одной из пропорций Евклида. Сила (вес), давящая на каждую сторону рычага, должна быть пропорциональна длине доски по обе стороны от точки равновесия. Он открыл математическую концепцию рычага – самой распространённой и простой подъёмной системы из когда-либо созданных.
Пятнадцать лет спустя, в 245 году до н. э., царь Гиерон приказал Архимеду выяснить, не обманул ли царя ювелир. Гиерон дал кузнецу вес золота и поручил ему изготовить корону из цельного золота. Хотя корона весила ровно столько же, сколько и исходное золото, царь заподозрил, что ювелир обернул тонким слоем золота какой-то другой, более дешёвый металл внутри. Архимеду было приказано проверить, сделана ли корона из цельного золота, не повредив её.
Казалось, это невыполнимая задача. В общественной бане Архимед заметил свою руку, плавающую на поверхности воды. В его голове начала формироваться смутная идея. Он полностью погрузил руку под воду. Затем расслабился, и она всплыла.
Он встал в ванне. Уровень воды упал до самых стенок ванны. Он снова сел. Уровень воды поднялся. Он лёг. Вода поднялась, и он почувствовал, что стал легче. Он встал. Уровень воды упал, и он почувствовал себя тяжелее. Должно быть, вода давила на его погружённое тело, чтобы оно стало легче.
Он нёс в ванну камень и деревянный брусок примерно одинакового размера и погрузил их в воду. Камень утонул, но казался легче. Чтобы погрузить его, ему пришлось прижать дерево к поверхности. Это означало, что вода выталкивала его с силой, зависящей от объёма вытесненной предметом воды (его размера), а не от его веса. Тяжесть предмета в воде зависела от его плотности (то есть от веса единицы его объёма).
Это подсказало Архимеду, как ответить на вопрос царя. Он вернулся к царю. Ключом к разгадке была плотность. Если бы корона была сделана не из золота, а из другого металла, она могла бы весить столько же, но иметь другую плотность и, следовательно, занимать другой объём.
Корону и равное количество золота окунули в чашу с водой. Корона вытеснила больше воды, и это доказало её подделку.
Но что ещё важнее, архимеды открыли принцип плавучести! Вода выталкивает предметы с силой, равной объёму вытесненной ими воды.
Интересные факты: Когда Архимед открыл явление плавучести, он выпрыгнул из ванны и выкрикнул слово, которое он сделал знаменитым: «Эврика!» Это значит, что я нашёл! Это слово стало девизом штата Калифорния после того, как первые шахтёры времён золотой лихорадки кричали, что нашли золото.
- Аллен, П. Амела. Мистер Архимед, Бат. Лондон. Gardeners Books, 1998.
- Бентлик, Жанна. Архимед и дверь в науку. Нью-Йорк. Bethlehem Books, 1995.
- Гоу, Мэри. Архимед. Математический гений античного мира. Беркли
- Хайтс, Нью-Джерси. Enslow Publishers, 2005.
- Хит, Том. Труды Архимеда: Издано в нотации Млодерна. Довер, Делавэр: Adamant Media Corporation, 2005.
- Штейн, Шерман. Архимед? Что он сделал, кроме того, что воскликнул «Эврика»? Вашингтон, округ Колумбия: Математическая ассоциация Америки, 1999.
- Заннос, Сьюзен. Жизнь и времена Архимеда. Хокессин, Делавэр: Mitchell L ane Publishers, 2004.
