Предоставлено: Wikimedia Commons.

Архимед - идеальное воплощение человека, опередившего свое время. Архимед Сиракузский затмил их всех, даже среди тех, кто практикует философию и искусство, а также устоявшуюся демократию. Настоящий эрудит, Архимед работал в области астрономии, геометрии, логики, физики и математики и был признан лучшим инженером и изобретателем своего времени. Как часть его великого наследия, многие из его изобретений и открытий более 2000 лет назад до сих пор используются.

Архимедов винт

Это изобретательно изобретенное устройство было изобретено Архимедом, чтобы помочь бедным фермерам орошать свои посевы. Устройство состоит из винтового механизма внутри полого корпуса. Когда винт вращается, с помощью ветряной мельницы или ручного труда, нижний конец шнека черпает воду, затем пропускает его через кожух против силы тяжести, пока он не выйдет из последней нити для достижения ирригационных каналов.

Модель винта Архимеда, вероятно, позднего периода Птолемея, была найдена в Нижнем Египте. Кредит: The New York Times, 18 июня 1898 г.

На сегодняшний день этот же принцип используется в современных машинах для дренажа и полива, а также в некоторых типах высокоскоростных инструментов. Он также может применяться для обработки легких сыпучих материалов, таких как зерно, песок и пепел. Конечно, они выглядят более впечатляюще. С 1980 года в Техасе, штат Техас, США используются восемь винтов Archimedes диаметром 12 футов для управления ливневым стоком. Каждый винт приводится в действие дизельным двигателем мощностью 750 л.с. и может накачивать до 125 000 галлонов в минуту. Архимед СС был кораблем, названным в честь великого изобретателя, который был первым пароходом с винтовым винтом r.

Один из восьми винтов Archimedes диаметром 12 футов в Техасе, Техас, США. Предоставлено: Popular Mechanics (апрель 1980 г., стр. 62).

Горящие зеркала

Роспись стен из Станцино делле Математиче в Галерее дель Уффици (Флоренция, Италия). Роспись Джулио Париджи (1571-1635) в 1599-1600 годах.

Несмотря на свою карьеру изобретателя, правители Сиракуз часто заказывали Архимеду изобретение военной техники для защиты своего прекрасного города. Так обстоит дело с его «горящими зеркалами» - системой больших зеркал, установленных на стенах города, которые концентрируют солнечную энергию, чтобы сжечь любые корабли, настолько глупые, чтобы плыть против Сиракуз. История крайне противоречива, и даже по сей день историки и инженеры одинаково спорят, является ли это фактом или мифом.

Самый ранний рассказ о древнем луче смерти Архимеда был написан в 12-м веке Зонаресом и Цецесом, которые цитировали более раннюю, но теперь потерянную работу под названием «Осада Сиракуз».

Когда Марцелл [римский полководец] поставил корабли с разбитого лука, старик [Архимед] построил нечто вроде шестиугольного зеркала. Он поместил на правильном расстоянии от зеркала другие меньшие зеркала того же типа, которые были перемещены с помощью их петель и определенных металлических пластин. Он поместил его среди солнечных лучей в полдень, как летом, так и зимой. Отраженные этим лучи, на кораблях разразился страшный огненный огонь, и он превратил их в пепел с расстояния стрельбы из лука. Таким образом, старик сбил с толку Марцелла своими изобретениями.

Завод CSP 'Gemasolar' расположен недалеко от Севильи в Испании. Кредит: TORRESOL ENERGY

Действительно, коварный старик, но так ли это на самом деле? Способность зеркал концентрировать солнце и получать высокие температуры - не миф, как может засвидетельствовать любой ребенок, который использовал лупу, чтобы сжечь отходы. В этом году Марокко открылось крупнейший в мире завод по производству концентрированной солнечной энергии (CSP) который будет производить достаточно электричества для питания домов одного миллиона человек. Установки CSP обычно используют параболические зеркала высотой 12 м, которые отражают солнечный свет на трубопровод, который содержит теплоноситель (HTF), обычно термомасло. Это повышает температуру жидкости почти до 400 ° С. Затем HTF используется для нагрева пара в стандартном турбогенераторе. Некоторые CSP нагревают целевую башню до температур, превышающих 1000 градусов по Фаренгейту (537 градусов по Цельсию), поэтому легко представить, как Архимед мог вытянуть нечто подобное, чтобы сжечь вражеские корабли.

На самом деле вопрос не в том, возможно ли это само по себе, а в том, создал ли Архимед систему зеркал для горения, используя инструменты и ресурсы, которые были в его распоряжении две тысячи лет назад.

По-видимому, в 1973 году греческому ученому, доктору Иоаннису Саккасу, стало интересно, мог ли Архимед действительно использовать «горящее стекло» для уничтожения римского флота, поэтому он организовал эксперимент с участием 60 греческих моряков, каждый из которых использовал продолговатую 3 ′. 5 'плоское зеркало для фокусировки света на деревянной гребной лодке 160 футов. Лодка была подожжена довольно быстро, хотя стоит упомянуть, что лодка была покрыта смоляной краской, которая очень легко воспламеняется. Смоляная краска часто использовалась, чтобы покрыть суда назад во времена Архимеда. Однако, совсем недавно, когда Разрушители мифов сделали свою собственную реконструкцию, все пошло не так гладко. В 2010 году 500 плоских зеркал, контролируемых 500 волонтерами средних и старших классов, были сфокусированы на парусе корабля, который должен был сгореть при 500 ° F. Через час можно было достичь не более 230 ° F, поэтому команда классифицировала это как «неокончательное». Джейми Хинеман, который на время эксперимента находился в молоке, сказал, что он едва мог видеть. Он предполагает, что горящие зеркала Архимеда, возможно, были реальными, но, возможно, использовались больше для ослепительных врагов, чем для горящих лодок.

Золотая корона и "Эврика!"

Согласно римскому архитектору Витрувию сиракузский царь Иеро II поручил поместить в храме золотую корону в форме лаврового венка. Сам король взвесил золото и дал ювелиру материал, чтобы превратить его в произведение искусства. В назначенный день ювелир представил свой шедевр - золотую корону в форме лаврового венка, точно так, как приказал король. Когда он был взвешен, он имел точно такую ​​же массу, как измерено ранее. Царь был доволен, но только за несколько дней до церемонии в храме он услышал слухи о том, что ювелир обманул его и дал ему корону не из чистого золота, а из золота, в которое было добавлено серебро.

Иеро полагал, что в Сиракузах был только один человек, способный раскрыть правду и решить свою проблему - его двоюродный брат Архимед, молодой человек 22 лет, который уже отличился в прекрасном городе благодаря своей работе в области математики, физики и техники.

Столкнувшись с проблемой, Архимед изобрел умный научный эксперимент, чтобы докопаться до сути вещей, но только после тщательного обдумывания ситуации.
Легенда гласит, что Архимед думал о золотой короне, когда однажды купался в общественных банях. Когда он начал входить в холодную ванну для своего последнего погружения, он заметил, что по бокам начала капать вода. Пока он продолжал опускать тело в ванну, по бокам ванны текло еще больше воды. В этот момент он узнал решение проблемы Йеро, выскочил из ванны и побежал всю дорогу домой, не забывая надеть свою одежду, все время крича: «Эврика, Эврика!» - что по-гречески означает: «Я нашел это! Я нашел это!'

Увы, сама история «Эврика!» скорее всего выдумка Архимед искренне считается первым, кто излагает законы плавучести.

Принцип Архимеда

Принцип Архимеда гласит, что выталкивающая сила на затопленном объекте равна весу жидкости, которая вытесняется объектом.

Он знал, что если бы корона была из чистого золота, ее объем был бы таким же, как объем золотого куска (который он позаботился о том же весе, что и корона), независимо от формы, дит вытеснил бы такое же количество воды как золото. Если бы ювелир действительно обманул и заменил часть золота серебром, то объем золота и серебра был бы больше, и поэтому корона вытеснила бы больше воды. По словам Витрувия, Архимед использовал этот метод и обнаружил, что ювелир действительно обманул.

Однако скептики не были убеждены. Еще в 1586 году Галилей написал короткий трактат под названием «La Bilancetta» или «Малый баланс», в котором он утверждал, что этот метод не может быть эффективным, потому что различия в объемах золота и серебра слишком малы. Вместо этого он предлагает, чтобы Эд Архимед использовал похожую, но более хитрую технику. Короче говоря, Архимед, вероятно, приостановил золотую корону на одном конце шкалы, а кусок золота равной массы на другом конце.

Затем весы были бы погружены в воду, и оба содержимого по-прежнему находились на концах весов. Поскольку погруженное в воду тело поддерживается силой, равной массе вытесненной телом воды, более плотное тело, имеющее меньший объем при том же весе, будет погружаться в воду ниже, чем менее плотное. Если бы корона была из чистого золота, чешуя продолжала бы балансировать даже под водой.

Железный Коготь

Картина Когтя Архимеда, выполненная Джулио Париджи, буквально принимающая название «железная рука».

Мы продолжаем с еще одной военной машиной, разработанной Архимедом: так называемый Железный Коготь. Верное своему названию, это механическое устройство было установлено на стенах старого города Сиракузы. Точный дизайн был утерян во времени, но мы знаем, что его целью было свалить нетерпеливые римские корабли. Как только коготь прикрепляется к брюшной части корабля, его подтягивают вверх, а затем отпускают на расстоянии. В 2005 году производители «Супероружия древнего мира» канала Discovery поставили перед инженерами задачу воспроизвести это загадочное устройство при условии, что они будут использовать только методы и материалы, о которых известно, что они будут доступны в 3 веке до нашей эры. В течение семи дней они смогли проверить свое творение, и им удалось опрокинуть модель римского корабля, чтобы он затонул.

Одометр

Изображение: YouTube

Тот же Витрувий, который объяснил момент Архимеда «Эврика!», Также сообщил, что Архимед «установил большое колесо с известной окружностью в небольшой раме, во многом так же, как колесо установлено на тачке; когда его толкали по земле вручную, он автоматически опускал гальку в контейнер при каждом обороте, давая меру пройденного расстояния. По сути, это был первый одометр », - пишет Encyclopedia Britannia. Этот механизм, как говорят, был изобретен Архимедом во время Первой Пунической войны. Кажется, он использовался до времен Императора Коммода (192 г. н.э.), а затем был потерян в Европе до середины пятнадцатого века.

Блок шкивной системы

Гравюра из журнала «Механик» (обложка переплетенного тома II, Knight & Lacey, Лондон, 1824)

«Дайте мне место, на котором можно стоять, и я смогу сдвинуть землю», - однажды сказал Архимед, говоря о силе рычага. Хотя он не изобрел рычаг, он дал объяснение принципу, связанному с его работой « О равновесии плоскостей» .

Архимедова закон рычага

Равные веса на равных расстояниях находятся в равновесии, а равные веса на неравных расстояниях не находятся в равновесии, а наклоняются к весу, который находится на большем расстоянии.

Если, когда веса на определенных расстояниях находятся в равновесии, что-то добавляется к одному из весов, они не находятся в равновесии, а склоняются к тому весу, к которому было добавлено добавление.

Точно так же, если что-то взято от одного из весов, они не находятся в равновесии, но склоняются к весу, из которого ничего не было взято.
Когда равные и похожие плоские фигуры совпадают, если их применять друг к другу, их центры тяжести одинаково совпадают.

Знакомое царство Иерон было очень впечатлено этим заявлением и попросило Архимеда доказать это. Повод казался очень подходящим, потому что в то время Сиракузы откусывали больше, чем могли прожевать. В городе был построен великолепный 55-метровый корабль под названием Сиракузия, наполненный роскошным декором из экзотического дерева и мрамора, а также башни, статуи, гимназия, библиотека и даже храм. О, и корабль был спроектирован Архимедом. По словам Плутарха, Архимеду удалось вытащить Сиракуз из гавани, используя сложную систему шкивов, хотя его рассказ кажется слишком поэтичным.

«[Архимед] заявил [в письме к королю Иерону], что, учитывая силу, любой вес может быть перемещен и даже хвастаться, как нам говорят, полагаясь на силу демонстрации, что если бы существовала другая земля, в это он мог бы удалить это. Hiero, пораженный этим изумлением и умоляющий его решить эту проблему с помощью реального эксперимента и продемонстрировавший большой вес, перемещаемый небольшим двигателем, он закрепил соответствующим образом на корабле с грузом из арсенала короля, который нельзя было извлечь из дока без большого труда и многих людей; и, загружая ее многими пассажирами и полным грузом, сидя в то время как вдали, без особых усилий, но только держа головку шкива в руке и вытягивая шнуры постепенно, он потянул корабль по прямой линии так же плавно и равномерно, как если бы она была в море.

Художник произвел впечатление на Сиракузию.

Архимед выбрал для демонстрации трехмачтового торговца королевского флота, который был доставлен огромным трудом большой бандой людей, и он приступил к загрузке корабля ее обычным грузом и посадил большое количество пассажиров. Затем он уселся на некотором расстоянии и без применения какой-либо заметной силы, но, просто приложив тягу рукой через сложную систему шкивов, он потянул сосуд к себе с таким же плавным и ровным движением, как если бы она скользила по воде. .,» Плутарх ,

Геометрия сфер и цилиндров

Предоставлено: Википедия.

Согласно Плутарху, известному греческому биографу, Архимед имел низкое мнение о изобретенных им механических приспособлениях, за которые он был признан во всем древнем мире. Вместо этого он наслаждался своими теоретическими исследованиями математики и физики. Архимеду приписывают девять существующих трактатов, среди которых двухтомный О Сфере и Цилиндре. В этой фантастической работе Архимед определил, что площадь поверхности любой сферы радиуса r в четыре раза больше ее наибольшего круга (в современных обозначениях S = 4π r 2), и что объем сферы составляет две трети от объема цилиндра в котором оно вписано ( V = 4/3 πr 3). Архимед настолько гордился этим достижением, что оставил инструкции для надписи на своей могиле «сферой, вписанной в цилиндр». Маркус Туллий Цицерон (106–43 гг. До н.э.) нашел гробницу, заросшую растительностью, полтора века спустя Смерть Архимеда.

Измерение круга

Кредит: YouTube

Определение площади круга когда-то считалось большой математической задачей. Архимед нашел способ приблизить его с помощью метода, называемого «возведение в квадрат круга». Сначала он создал квадрат, вписанный внутри круга (вписанный означает, что он точно вписывается внутрь, его вершины просто касаются края круга). Так как он знал, что площадь квадрата равна (произведение двух сторон), было ясно, что площадь круга больше, чем площадь этого вписанного квадрата. Затем он установил многоугольник с шестью сторонами вместо четырех внутри круга и вычислил его площадь; он постепенно пробирался к более сложным полигонам, чтобы приблизиться к истинной области круга.

Кредит: uchicago.edu

В конце концов, Архимед очень хорошо это понял и открыл π (pi) - отношение длины окружности к диаметру круга. Его расчеты с использованием удивительного 96-стороннего многоугольника позволяют предположить, что число «пи» лежит «между пределами 3 и 10/71 и 3 и 1/7». Другими словами, он вычислил оценку, равную пи на две цифры (3.14). До появления исчисления и вычислений бесконечных рядов 1500 лет спустя ни одна цифра не была добавлена ​​к найденным Архимедом. Крупный прорыв был сделан в 1655 году, когда английский математик вывел формулу для пи как произведение бесконечного ряда соотношений.