ARCHIMEDES: BIOGRAFIA, WKŁAD I WYNALAZKI - NAUKA - 2026

Archimedes z Syrakuz (287 pne - 212 pne) był greckim matematykiem, fizykiem, wynalazcą, inżynierem i astronomem ze starożytnego miasta Syrakuzy na Sycylii. Jego najwybitniejszym wkładem jest zasada Archimedesa, rozwój metody wyczerpania, metoda mechaniczna czy stworzenie pierwszego planetarium.

Obecnie uważany jest za jedną z trzech najważniejszych postaci starożytnej matematyki, obok Euklidesa i Apoloniusza, ponieważ ich wkład oznaczał ważny postęp naukowy w tamtych czasach w dziedzinie rachunku różniczkowego, fizyki, geometrii i astronomii. To z kolei czyni go jednym z najwybitniejszych naukowców w historii ludzkości.

Pomimo tego, że niewiele szczegółów z jego życia osobistego jest znanych - a te, które są znane, są wątpliwej wiarygodności - jego wkład jest znany dzięki serii listów napisanych o jego pracy i osiągnięciach, które zachowały się do dziś, należąc do do korespondencji, którą prowadził przez lata z przyjaciółmi i innymi matematykami tamtych czasów.

Archimedes był znany w swoim czasie ze swoich wynalazków, które przyciągały wiele uwagi jego współczesnych, po części dlatego, że były używane jako narzędzia wojenne, aby skutecznie zapobiegać licznym rzymskim najazdom.

Jednak podobno twierdził, że jedyną naprawdę ważną rzeczą była matematyka, a jego wynalazki były jedynie wytworem hobby geometrii stosowanej. W potomności jego prace z zakresu czystej matematyki były znacznie bardziej cenione niż jego wynalazki.

Biografia

Archimedes z Syrakuz urodził się około 287 roku pne. Niewiele wiadomo na temat jego wczesnych lat, choć można powiedzieć, że urodził się w Syrakuzach, mieście uważanym dziś za główny port morski wyspy Sycylii we Włoszech.

W tym czasie Syrakuzy były jednym z miast tworzących tzw. Magna Graecia, czyli przestrzeń zamieszkaną przez osadników pochodzenia greckiego w kierunku południowej części Półwyspu Apenińskiego i na Sycylii.

Nie są znane żadne konkretne dane o matce Archimedesa. W odniesieniu do ojca wiadomo, że nazywał się Fidias i był oddany astronomii. Ta informacja o jego ojcu jest znana dzięki fragmentowi książki The Sand Counter, napisanej przez Archimedesa, w której wspomina on o swoim ojcu.

Heraklides, który był greckim filozofem i astronomem, był bliskim przyjacielem Archimedesa, a nawet napisał o nim biografię. Jednak dokument ten nie został zachowany, więc wszystkie zawarte w nim informacje są nieznane.

Z drugiej strony historyk, filozof i biograf Plutarch wskazał w swojej książce zatytułowanej Życie równoległe, że Archimedes miał pokrewieństwo z Hiero II, tyranem, który dowodził w Syrakuzach od 265 roku pne.

Trening

Ze względu na skąpe informacje o Archimedesie nie wiadomo na pewno, gdzie odbył swoje pierwsze szkolenie.

Jednak różni historiografowie ustalili, że istnieje duże prawdopodobieństwo, że Archimedes studiował w Aleksandrii, która była najważniejszym greckim ośrodkiem kulturalnym i edukacyjnym w regionie.

Przypuszczenie to potwierdzają informacje dostarczone przez greckiego historyka Diodora Siculusa, który wskazał, że Archimedes prawdopodobnie studiował w Aleksandrii.

Ponadto sam Archimedes w wielu swoich pracach wspomina o innych ówczesnych naukowcach, których praca koncentrowała się w Aleksandrii, więc można przypuszczać, że faktycznie rozwinęła się ona w tym mieście.

Niektóre z osobistości, z którymi uważa się, że Archimedes wchodził w interakcje w Aleksandrii, to geograf, matematyk i astronom Eratostenes z Cyreny oraz matematyk i astronom Conon de Sanos.

Motywacja rodzinna

Z drugiej strony fakt, że ojciec Archimedesa był astronomem, mógł mieć znaczący wpływ na skłonności, które następnie wykazywał, ponieważ później i od najmłodszych lat szczególne zainteresowanie dziedziną nauka.

Szacuje się, że po pobycie w Aleksandrii Archimedes wrócił do Syrakuz.

Praca naukowa

Po powrocie do Syrakuz Archimedes zaczął wymyślać różne artefakty, dzięki którym bardzo szybko zyskał popularność wśród mieszkańców tego miasta. W tym okresie poświęcił się całkowicie pracy naukowej, stworzył różne wynalazki i wydedukował różne pojęcia matematyczne na długo przed swoim czasem.

Na przykład, badając charakterystykę brył zakrzywionych i płaskich, zaczął podnosić koncepcje związane z rachunkiem całkowym i różniczkowym, które zostały opracowane później.

Podobnie Archimedes był tym, który zdefiniował, że objętość związana z kulą odpowiada dwukrotności rozmiaru cylindra, który ją zawiera, i to on wynalazł złożone koło pasowe, opierając się na swoich odkryciach dotyczących prawa dźwigni.

Konflikt w Syracuse

W roku 213 pne rzymscy żołnierze wkroczyli do miasta Syrakuzy i otoczyli jego osadników, aby zmusić ich do kapitulacji.

Akcją tą kierował grecki wojskowy i polityk Marco Claudio Marcelo w ramach drugiej wojny punickiej. Później był znany jako Miecz Rzymu, ponieważ ostatecznie podbił Syrakuzy.

W środku trwającego dwa lata konfliktu mieszkańcy Syrakuz walczyli z Rzymianami z odwagą i zaciekłością, a Archimedes odegrał bardzo ważną rolę, poświęcając się tworzeniu narzędzi i instrumentów, które pomogłyby pokonać Rzymian.

Wreszcie Marco Claudio Marcelo zajął miasto Syrakuzy. Wobec wielkiej inteligencji Archimedesa Marcelo surowo nakazał, aby go nie skrzywdzili ani nie zabili. Jednak Archimedes został zabity z rąk rzymskiego żołnierza.

Śmierć

Archimedes zmarł w 212 rpne. Ponad 130 lat po jego śmierci, w 137 rpne, pisarz, polityk i filozof Marco Tulio Cicero zajmował stanowisko w administracji Rzymu i chciał odnaleźć grób Archimedesa.

Zadanie to nie było łatwe, bo Cyceron nie mógł znaleźć nikogo, kto wskazywałby dokładną lokalizację. Jednak w końcu dostał go, bardzo blisko bramy Agrigento iw opłakanym stanie.

Cyceron wyczyścił grób i odkrył, że wewnątrz cylindra została wpisana kula, co jest odniesieniem do odkrycia objętości przez Archimedesa jakiś czas temu.

Wersje o jego śmierci

Pierwsza wersja

Jedna z wersji mówi, że Archimedes był w trakcie rozwiązywania problemu matematycznego, gdy podszedł do niego rzymski żołnierz. Mówi się, że Archimedes mógł poprosić o trochę czasu na rozwiązanie problemu, więc żołnierz by go zabił.

Druga wersja

Druga wersja jest podobna do pierwszej. Mówi, że Archimedes rozwiązał problem matematyczny, gdy miasto zostało zajęte.

Rzymski żołnierz wszedł do jego kompleksu i kazał mu spotkać się z Marcellusem, na co Archimedes odpowiedział, mówiąc, że musi najpierw rozwiązać problem, nad którym pracował. Żołnierz był zdenerwowany tą odpowiedzią i zabił go.

Trzecia wersja

Hipoteza ta wskazuje, że Archimedes miał w swoich rękach wielką różnorodność instrumentów matematycznych. Wtedy zobaczył go żołnierz i wydawało się, że może nosić cenne przedmioty, więc go zabił.

Czwarta wersja

Ta wersja pokazuje, że Archimedes przykucnął blisko ziemi, rozważając pewne plany, które studiował. Najwyraźniej rzymski żołnierz podszedł z tyłu i nieświadomy, że to Archimedes, zastrzelił go.

Wkład naukowy Archimedesa

Zasada Archimedesa

Zasada Archimedesa jest uważana przez współczesną naukę za jedną z najważniejszych spuścizny starożytności.

W całej historii, i ustnie, przekazywano, że Archimedes przybył do swojego odkrycia przypadkowo dzięki królowi Hieronowi, który zlecił mu sprawdzenie, czy złota korona, którą zlecił mu wykonać, została wykonana wyłącznie ze złota czysty i nie zawierał żadnego innego metalu. Musiał to zrobić bez niszczenia korony.

Mówi się, że kiedy Archimedes zastanawiał się, jak rozwiązać ten problem, zdecydował się wykąpać, a kiedy wszedł do wanny, zdał sobie sprawę, że poziom wody podniósł się, gdy się w niej zanurzył.

W ten sposób odkryłby naukową zasadę, która głosi, że „każde ciało całkowicie lub częściowo zanurzone w płynie (cieczy lub gazie) otrzymuje wypychanie w górę, równe wadze płynu wypchniętego przez obiekt”.

Zasada ta oznacza, że ​​płyny wywierają siłę skierowaną do góry - która wypycha do góry - na każdy zanurzony w nich przedmiot, a wielkość tej siły wypychającej jest równa wadze cieczy wypartej przez zanurzone ciało, niezależnie od jego masy.

Wyjaśnienie tej zasady opisuje zjawisko flotacji i znajduje się w jego Traktacie o ciałach pływających.

Zasada Archimedesa została w ogromnym stopniu zastosowana przez potomność do unoszenia się na wodzie obiektów masowego użytku, takich jak okręty podwodne, statki, urządzenia do ratowania życia i balony na ogrzane powietrze.

Metoda mechaniczna

Innym najważniejszym wkładem Archimedesa w naukę było włączenie czysto mechanicznej - czyli technicznej - metody do rozumowania i argumentacji problemów geometrycznych, co oznaczało bezprecedensowy sposób rozwiązania tego typu problemu w tamtych czasach.

W kontekście Archimedesa geometrię uważano za wyłącznie naukę teoretyczną, a powszechną rzeczą było to, że z czystej matematyki zstąpiła w kierunku innych nauk praktycznych, w których można było zastosować jej zasady.

Z tego powodu dziś uważana jest za prekursora mechaniki jako dyscypliny naukowej.

W pismach, w których matematyk odsłania nową metodę swojemu przyjacielowi Eratostenesowi, wskazuje, że pozwala nam ona zająć się zagadnieniami matematyki poprzez mechanikę i że w pewien sposób łatwiej jest skonstruować dowód twierdzenia geometrycznego, jeśli jest już masz wcześniejszą wiedzę praktyczną, jeśli nie masz o tym pojęcia.

Ta nowa metoda badawcza Archimedesa stała się prekursorem nieformalnego etapu odkrywania i formułowania hipotezy współczesnej metody naukowej.

Wyjaśnienie prawa dźwigni

Chociaż dźwignia jest prostą maszyną, która była używana na długo przed Archimedesem, to on sformułował zasadę wyjaśniającą jej działanie w jego traktacie O równowadze samolotów.

W formułowaniu tego prawa Archimedes ustanawia zasady opisujące różne zachowania dźwigni podczas umieszczania na niej dwóch ciał, w zależności od ich wagi i odległości od punktu podparcia.

W ten sposób zwraca uwagę, że dwa ciała dające się zmierzyć (współmierne), umieszczone na dźwigni, równoważą się, gdy znajdują się w odległości odwrotnie proporcjonalnej do ich wagi.

W ten sam sposób robią to niezmierzone ciała (których nie można zmierzyć), ale Archimedes udowodnił to prawo tylko w przypadku ciał pierwszego rodzaju.

Jego sformułowanie zasady działania dźwigni jest dobrym przykładem zastosowania metody mechanicznej, ponieważ zgodnie z tym, co wyjaśnia w liście skierowanym do Dositheusa, odkrył ją najpierw za pomocą metod mechanicznych, które zastosował w praktyce.

Później sformułował je za pomocą metod geometrii (teoretycznych). Z tego eksperymentu na ciałach wyłoniło się również pojęcie środka ciężkości.

Opracowanie metody wyczerpania lub wyczerpania demonstracji naukowej

Wyczerpanie jest metodą stosowaną w geometrii, która polega na przybliżaniu figur geometrycznych, których obszar jest znany, za pomocą napisu i obwodu, nad innymi, których obszar ma być znany.

Chociaż Archimedes nie był twórcą tej metody, rozwinął ją po mistrzowsku, potrafiąc dzięki niej obliczyć dokładną wartość Pi.

Archimedes metodą wyczerpania wpisał i opisał sześciokąty do obwodu o średnicy 1, redukując do absurdu różnicę między polem sześciokątów a obszarem obwodu.

Aby to zrobić, podzielił sześciokąty na pół, tworząc wielokąty o maksymalnie 16 bokach, jak pokazano na poprzednim rysunku.

W ten sposób doszedł do określenia, że ​​wartość pi (związku między długością obwodu a jego średnicą) mieści się w przedziale od 3,14084507… do 3,14285714….

Archimedes po mistrzowsku zastosował metodę wyczerpania, ponieważ nie tylko udało mu się podejść do obliczenia wartości Pi z dość niskim marginesem błędu, a zatem pożądane-, ale także, ponieważ Pi jest liczbą niewymierną, poprzez Ta metoda i uzyskane wyniki położyły podwaliny, które wykiełkowałyby w systemie rachunku nieskończenie małego, a później we współczesnym rachunku całkowym.

Miara koła

Aby określić pole koła, Archimedes zastosował metodę polegającą na narysowaniu kwadratu, który dokładnie mieścił się w okręgu.

Wiedząc, że pole kwadratu jest sumą jego boków, a pole koła jest większe, zaczął pracować nad uzyskaniem przybliżeń. Zrobił to, zastępując kwadrat sześciokątnym wielokątem, a następnie pracując z bardziej złożonymi wielokątami.

Archimedes był pierwszym matematykiem w historii, który był bliski poważnego obliczenia liczby Pi.

Geometria kul i cylindrów

Wśród dziewięciu traktatów, które stanowią kompilację prac Archimedesa na temat matematyki i fizyki, znajdują się dwa tomy dotyczące geometrii kul i cylindrów.

Ta praca dotyczy ustalenia, że ​​pole każdej kuli o promieniu jest czterokrotnie większe od jej największego koła, a objętość kuli jest równa 2/3 objętości cylindra, w który jest wpisana.

Wynalazki

Drogomierz

Znany również jako licznik kilometrów, był wynalazkiem tego słynnego człowieka.

Urządzenie to zostało zbudowane w oparciu o zasadę koła, które obracając się uruchamia koła zębate pozwalające na obliczenie przebytej odległości.

Zgodnie z tą samą zasadą Archimedes zaprojektował różne typy drogomierzy do celów wojskowych i cywilnych.

Pierwsze planetarium

Czerpiąc ze świadectwa wielu klasycznych pisarzy, takich jak Cyceron, Owidiusz, Claudian, Marciano Capela, Cassiodorus, Sextus Empiricus i Lactantius, wielu naukowców przypisuje dziś Archimedesowi stworzenie pierwszego podstawowego planetarium.

Jest to mechanizm składający się z szeregu „kul”, którym udało się naśladować ruch planet. Jak dotąd szczegóły tego mechanizmu nie są znane.

Według Cycerona planetaria zbudowane przez Archimedesa były dwa. W jednym z nich była reprezentowana ziemia i różne konstelacje w jej pobliżu.

W drugim, przy pojedynczym obrocie, słońce, księżyc i planety wykonywały swoje własne i niezależne ruchy w stosunku do gwiazd stałych w taki sam sposób, jak w prawdziwym dniu. W tym ostatnim dodatkowo można było zaobserwować kolejne fazy i zaćmienia księżyca.

Śruba Archimedesa

Śruba Archimedesa to urządzenie służące do przenoszenia wody z dołu w górę po zboczu za pomocą rurki lub cylindra.

Według greckiego historyka Diodora, dzięki temu wynalazkowi ułatwiono nawadnianie żyznych ziem położonych wzdłuż Nilu w starożytnym Egipcie, ponieważ tradycyjne narzędzia wymagały ogromnego wysiłku fizycznego, który wyczerpał robotników.

Zastosowany cylinder ma wewnątrz śrubę o tej samej długości, która utrzymuje połączony układ śmigieł lub żeberek, które wykonują ruch obrotowy napędzany ręcznie za pomocą obrotowej dźwigni.

W ten sposób śmigła wypychają dowolną substancję od dołu do góry, tworząc rodzaj nieskończonego obwodu.

Pazur Archimedesa

Pazur Archimedesa, zwana też żelazną ręką, był jedną z najbardziej przerażających broni wojennych stworzonych przez tego matematyka, stając się najważniejszą bronią Sycylii przed rzymskimi najazdami.

Według badań przeprowadzonych przez profesorów Drexel University Chrisa Rorresa (Wydział Matematyki) i Harry'ego Harrisa (Wydział Inżynierii Lądowej i Architektury), była to duża dźwignia z hakiem przymocowanym do dźwigni za pomocą wiszącego na nim łańcucha.

Poprzez dźwignię hak był manipulowany tak, aby spadł na statek wroga, a celem było zaczepienie go i podniesienie do takiego stopnia, aby po zwolnieniu był w stanie go całkowicie przewrócić lub uderzyć o skały na brzegu.

Rorres i Harris zaprezentowali na Sympozjum „Nadzwyczajne maszyny i struktury starożytności” (2001) miniaturowe przedstawienie tego artefaktu zatytułowane „Groźna machina wojenna: konstrukcja i działanie żelaznej ręki Archimedesa”

Aby wykonać tę pracę, oparli się na argumentach starożytnych historyków Polibiusza, Plutarcha i Tito Livio.

Bibliografia

1. ASSIS, A. (2008). Archimedes, środek ciężkości i pierwsze prawo mechaniki. Dostęp 10 czerwca 2017 na bourabai.ru.
2. DIJKSTERHUIS, E. (1956). Archimedes. Pobrano 9 czerwca 2015 r. W sieci WWW: books.google.co.ve/books.
3. MOLINA, A. (2008). Metoda badania Archimedesa z Syracuse: intuicja, mechanika i wyczerpanie. Sprawdzono 10 czerwca 2017 r. W witrynie World Wide Webproduccioncientifica.luz.edu.
4. O'CONNOR, J. & ROBERTSON, R. (1999). Archimedes z Syrakuz. Pobrano 9 czerwca 2017 r. Z history.mcs.st-and.ac.uk.
5. PARRA, E. (2009). Archimedes: jego życie, prace i wkład we współczesną matematykę. Pobrano 9 czerwca 2017 r. Z lfunes.uniandes.edu.co.
6. QUINN, L. (2005). Archimedes z Syrakuz. Pobrano 9 czerwca 2017 r. Z math.ucdenver.edu.
7. RORRES, C. & HARRIS, H. (2001). Potężna machina wojenna: budowa i działanie żelaznej ręki Archimedesa. Pobrano 10 czerwca 2017 r. Z cs.drexel.edu.
8. VITE, L. (2014). Zasada Archimedesa. Dostęp 10 czerwca 2017 r. Pod adresem repository.uaeh.edu.mx.