Древнегреческий ученый, математик и механик Архимед (ок. 287-212 до н. э.) родился на острове Сицилия, в Сиракузах, но учиться поехал в Александрию.
Многогранны теоретические разработки великого ученого. Он занимался в основном практическими приложениями математики (геометрии), физики, гидростатики и механики. В математике за 2000 лет до открытия интегрального исчисления он обосновал метод расчета параболического сегмента. Архимед впервые вычислил число π – отношение длины окружности к диаметру, и доказал, что оно одинаково для любого круга.
Первый закон гидростатики, открытый Архимедом, носит его имя – на тело, погруженное в жидкость, действует сила, равная массе вытесненной им жидкости. Сиракузский ученый открыл закон удельного веса (плотности) металла. Рассказывают, что однажды правитель Сиракуз, царь Гиерон, приказал проверить, соответствует ли масса золотой короны массе отпущенного для нее золота, не заменена ли часть золота серебром. Архимед сделал два слитка: один из золота, а другой из серебра, каждый равный массе короны. Опустив в сосуд корону, Архимед установил, что ее объем превышает объем золотого слитка за счет примесей серебра, что подтвердило недобросовестность мастера.
В области астрономии он создал архимедову сферу – модель, показывающую движение небесных светил вокруг Земли. На глобусе Архимеда были представлены движения Солнца, Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Сатурна и Юпитера (рис. 7). В III в. до н. э. римский христианский писатель Лактаций так говорил о возможностях прибора: «...Ведь мог же сицилиец Архимед воспроизвести облик и подобие мира в выпуклой округлости меди, где он так разместил и поставил Солнце и Луну, что они как будто совершали каждодневные неравные движения и воспроизводили небесные вращения; он мог не только показать восход и заход Солнца, рост и убывание Луны, но и сделать так, чтобы при вращении этой сферической поверхности можно было видеть различные течения планет...»
Солнце, Луна и звезды на обычном звездном глобусе отсутствуют, их невозможно изобразить, так как они непрерывно меняют свое положение по отношению к звездам. Архимеду как раз и удалось решить эту задачу. Заставив с помощью специальных механизмов перемещаться макеты светил, он создал своеобразный планетарий, демонстрировавший все видимые движения небесных тел и даже фазы Луны.
Рисунок 7 – Система мира Архимеда (указаны межпланетные расстояния в мириадах стадий):
a=554, d=5081, A=5640, c=2027, h=2007, n=4
В античную эпоху не существовало механизмов, по сложности хоть сколько-нибудь близких к архимедовой сфере. Этим и объясняется восхищение писавших о ней авторов, которые, вероятно, несколько переоценивали ее сложность.
Поскольку в книге Архимеда об устройстве небесного глобуса содержалось описание его механизмов, вполне вероятно, что многое в конструкции механических часов, родиной которых является Византия, было подсказано создателем механического небесного глобуса.
Архимед, страстно увлеченный механикой, создал теорию пяти «простых» механизмов: рычага, клина, блока, бесконечного винта и лебедки. Желая подчеркнуть достоинства рычага, Архимед произнес ставшую знаменитой фразу: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Водоподъемный винт Архимеда, или «улитку» (рис. 8, а), египтяне использовали для полива садов, орошения полей в период полноводья Нила, а позже для откачки воды из рудников.
Изготовление «улитки» требовало меньших затрат дерева, чем водочерпального колеса (рис. 8, б), что было важно при дефиците древесины в восточных странах. Усовершенствованный вариант водоподъемной машины служил по назначению в начале XX в. в монастыре на острове Валаам. Сегодня архимедов винт используется в обыкновенной мясорубке. На основе бесконечного винта были изобретены в то время такие важные, а ныне ординарные детали, как болт, сконструированный наподобие винта, и гайка.
Рисунок 8 – Водоподъемный винт (a) и водочерпальное колесо (б) Архимеда
В 18 лет Архимед сконструировал подъемник в виде дощечки, висевшей на четырех шнурах, которая поднималась за счет специального колеса, проводимого в движении мышью. Когда мышь бегала по колесу, дощечка поднималась. Отец Архимеда показал игрушку царю Гиерону. Она ему понравилась. Царь позвал Архимеда и поручил ему сделать устройство для подъема метательных машин и других грузов на крепостную стену. Через три месяца заказ был выполнен. Подъемник Архимеда установили в башне городской стены, и с его помощью можно было поднять сразу десять человек, а в движение он приводился ступальным колесом.
Однажды Архимед, хитроумно приладив рычаг, винт и лебедку, к удивлению зевак, спустил на воду тяжелую галеру, севшую на мель, со всем ее экипажем и грузом. При обороне Сиракуз во время второй Пунической войны Архимед сконструировал несколько боевых машин, которые позволили горожанам отражать атаки превосходящих в силе римлян в течение почти трех лет. В одной из них была использована система зеркал, с помощью которых египтяне смогли сжечь флот римлян.
Метательные машины, изобретенные Архимедом, по дальнобойности и весу бросаемых снарядов намного превосходили подобные устройства того же времени. Для обороны от кораблей противника Архимед изобрел «железные лапы» (рис. 9), которые действовали следующим образом:
• – с помощью специального соединения балка крана вращалась как горизонтально, так и вертикально, и «клешни» могли захватить вражеский корабль при приближении к стенам города;
• – волы тянут канат; это усилие передается через систему шкивов подъемного устройства, а естественная плавучесть корабля облегчает подъемную работу;
• – когда корабль поднимали до предела, неожиданно ослабляли нагрузку на систему шкивов, и корабль падал в воду.
Рисунок 9 – Схема действия «железных лап» при поражении корабля противника
Созданные Архимедом краны с петлями из железных цепей, огромными клещами, державшими камни, наносили жестокие удары по римским судам.
Архимед изобрел перископ (греч. periskopeo – смотрю вокруг, осматриваю): устройство для наблюдения за поверхностью воды из подводного положения – оптический прибор с системой зеркал или призм, позволяющий вести наблюдение из укрытия – из подводной лодки, танка (рис. 10).
Рисунок 10 – Схема перископа Архимеда
Перископ простейшей конструкции – труба, куда устанавливались два наклонных зеркала: одно у верхнего конца трубки, другое – у нижнего. Лучи света, отражаясь сначала от верхнего зеркала, попадали затем на нижнее и отражались от него в направлении к глазу наблюдателя.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему