Закон Архімеда. Історія та суть наукового відкриття

ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Закон Архімеда. Історія та суть наукового відкриття

Найважливіші наукові відкриття

Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Архімед (287 до н. е. – 212 до н. е.) народився у грецькому місті Сіракузи, де й прожив майже все своє життя. Його батьком був Фідій, придворний астроном правителя міста Гієрона. Навчався Архімед, як і багато інших давньогрецьких вчених, в Олександрії, де правителі Єгипту Птолемеї зібрали кращих грецьких вчених та мислителів, а також заснували знамениту, найбільшу у світі бібліотеку.

Після навчання в Олександрії Архімед знову повернувся до Сіракузи та успадкував посаду свого батька.

У теоретичному відношенні праця цього великого вченого була блискучою. Основні роботи Архімеда стосувалися різних практичних додатків математики (геометрії), фізики, гідростатики та механіки. У творі "Параболи квадратури" Архімед обґрунтував метод розрахунку площі параболічного сегмента, причому зробив це за дві тисячі років до відкриття інтегрального обчислення. У праці "Про вимір кола" Архімед вперше обчислив число "пі" - відношення довжини кола до діаметра - і довів, що воно однаково для будь-якого кола. Ми досі користуємося придуманою Архімедом системою найменування цілих чисел.

Цікавий відгук Цицерона, великого оратора давнини, який побачив "архімедову сферу" - модель, що показує рух небесних світил навколо Землі: "Цей сицилійець мав генія, якого, здавалося б, людська природа не може досягти".

Архімед перевіряє та створює теорію п'яти механізмів, відомих у його час та іменованих "прості механізми". Це - важіль ("Дайте мені точку опори, - говорив Архімед, - і я зсуну Землю"), клин, блок, нескінченний гвинт і лебідка.

Але Архімед знав також, що предмети мають не тільки форму та вимір: вони рухаються, або можуть рухатися, або залишаються нерухомими під дією певних сил, які рухають предмети вперед або призводять до рівноваги. Великий сиракузець вивчав ці сили і винаходив нову галузь математики, в якій матеріальні тіла, приведені до їхньої геометричної форми, зберігають у той же час свій тягар. Ця геометрія ваги є раціональна механіка, статика, і навіть гидростатика.

Вчення про гідростатику Архімед розвиває у праці "Про плаваючі тіла". "Припустимо, - каже вчений, - що рідина має таку природу, що з її частинок, розташованих на однаковому рівні і прилеглих один до одного, менш здавлені виштовхуються більш здавленими і кожна з її частинок здавлюється рідиною, що знаходиться над нею по схилу, якщо тільки рідина не укладена в якомусь посудині і не стискається ще чимось іншим". Покладаючись на це положення, Архімед математично доводить, що наступні нижче "наслідки" повністю пояснюються за допомогою наведеної гіпотези:

"1) Тіла, рівноважкі з рідиною, будучи опущені в цю рідину, занурюються так, що ніяка їхня частина не виступає над поверхнею рідини, і не рухатимуться вниз.

2) Тіло, легше, ніж рідина, будучи опущене в цю рідину, не занурюється повністю, але деяка частина його залишається над поверхнею рідини.

3) Тіло, легше, ніж рідина, будучи опущене в цю рідину, занурюється настільки, щоб об'єм рідини, відповідний зануреної (частини тіла), мав вагу, що дорівнює вазі всього тіла.

4) Тіла, легші, ніж рідина, опущені в цю рідину насильно, виштовхуватимуться вгору з силою, що дорівнює тій вазі, на яку рідина, що має рівний об'єм з тілом, буде важчою цього тіла.

5) Тіла, важчі, ніж рідина, опущені в цю рідину, занурюватимуться, поки не дійдуть до самого низу, і в рідині стануть легше на величину ваги рідини в об'ємі, що дорівнює об'єму зануреного тіла.

Пункт 5 містить фактично загальновідомий закон Архімеда, відкриття якого дозволило йому, згідно з переказами, здійснити перевірку складу корони сиракузського царя Гієрона. Відома розповідь про перше практичне застосування Закону Архімеда наведена у давньоримського автора Вітрувія в його праці "Про архітектуру":

"... Виходячи зі свого відкриття, він, кажуть, зробив два зливки, кожен такої ж ваги, якою була корона, - один із золота, другий із срібла. Зробивши це, він наповнив водою посудину до самих країв і опустив у нього срібну". злиток, і ось, який об'єм злитка був занурений у посудину, відповідну йому кількість витекло води, вийнявши злиток, він долив у посудину таку кількість води, на яку кількість там стала її менше, відмірюючи вливається воду секстарієм, щоб, як і раніше, посудину був наповнений водою до самих країв, так звідси знайшов, яка вага срібла відповідає якій певній кількості води.

Зробивши таке дослідження, він після цього так само опустив золотий злиток на повну посудину. Потім, вийнявши його і додавши тим же заходом кількість води, що вилилася, знайшов на підставі меншої кількості секстаріїв води, наскільки менший об'єм займає злиток золота в порівнянні з однаково з ним важливим зливком срібла. Після цього, наповнивши посудину і опустивши в ту саму воду корону, виявив, що при зануренні корони витекло більше води, ніж при зануренні золотої маси однакової з нею ваги; і таким чином на підставі того висновку, що короною витіснялося більше води, ніж золотим злитком, він розкрив домішка в золоті срібла і виявив явне крадіжку постачальника».

"У цьому оповіданні, - зазначає Я.Г. Дорфман, - переконливим є лише висновок Архімеда про те, що корона складається зі сплаву, а не з чистого золота. Але нізвідки не випливає, що другою компонентою було обов'язково срібло. Принаймні, слідує відзначити, що це видатне відкриття Архімеда знаменує собою перше в історії застосування фізичного вимірювального методу до контролю та аналізу хімічного складу без порушення цілісності виробу. загальна увага і стала предметом подальших досліджень та практичних використань протягом багатьох наступних століть.

Очевидно, і сам Архімед не обмежився описаним напівякісним експериментом, а перейшов до більш точного кількісного виміру. Автор арабського твору XII століття "Книга про ваги мудрості" ал-Хазіні, цитуючи "слово в слово" трактат грека Менелая, який не дійшов до нас і жив за часів римського імператора Доміціана (81–96 рр. до н. е.). що Архімед "винайшов механічне пристосування, яке завдяки своєму тонкому пристрою дозволило йому визначити, скільки золота і скільки срібла міститься в короні, не порушуючи її форми". Ал-Хазіні наводить також схему пристрою "ваг Архімеда" з рухомим вантажем.

Порівнюючи на цьому приладі ваги згаданих злитків у воді, Архімед міг за допомогою рухомого вантажу визначати чисельне відношення питомої ваги золота і срібла, а, зіставляючи таким же способом ваги корони та одного з цих злитків, міг встановити відносну кількість золота та срібла в короні (якщо до складу корони входили лише ці два метали)".

Синезій з Кірени в IV столітті, учень знаменитої олександрійської вченої Іпатії, виходячи з принципів Архімеда, винайшов "гідроскоп" - ареометр для визначення питомої ваги рідин. Прилад, виготовлений із бронзи, мав насічки. Очевидно, цей прилад використовувався складання таблиць питомих ваг різних рідин. На жаль, такі таблиці до нас не дійшли.

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Найважливіші наукові відкриття:

▪ Кванти

▪ Закон Хаббла

▪ основи генетики

Дивіться інші статті розділу Найважливіші наукові відкриття.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Масштабне тестування феномена Ейнштейна-Подільського-Розена 18.06.2023

Вчені з Базельського університету в Швейцарії провели масштабне випробування феномена Ейнштейна-Подільського-Розена (ЕПР) у квантовій механіці.

Дослідники використали два заплутані конденсати Бозе-Ейнштейна, що складаються з 700 атомів кожен, і продемонстрували, що парадокс ЕПР зберігається навіть за наявності хмари сотень атомів. Таке спостереження стало першим у своєму роді, де феномен ЕПР був досліджений у просторово розділених багаточасткових системах.

Результати цього експерименту мають значення для розвитку квантової метрології, науки, що займається виміром речей з використанням квантової теорії. Вчені відзначають, що суперечність між квантовою механікою та локальним реалізмом зберігається зі збільшенням розміру системи до тисячі масивних частинок.

Експеримент пропонує нові можливості для застосування у квантовій метрології. Одна з двох систем може використовуватися як маленький датчик з високим просторовим дозволом вивчення полів і сил, тоді як інша система може бути еталоном зниження квантового шуму.

Парадокс ЕПР, який вказує на неповноту опису реальності Всесвіту квантовою механікою, залишається актуальним. Вчені підкреслюють, що їхні результати підтверджують стійкість феномена ЕПР на значно більшому масштабі, ніж це було продемонстровано раніше в експериментах Белла. Ці висновки мають важливе значення для майбутніх досліджень у галузі квантової фізики та можуть відіграти значну роль у розвитку квантової метрології.

Інші цікаві новини:

▪ Квантовий приймач, що працює на будь-якій радіочастоті

▪ Макрофаги в умовах гіпоксії

▪ Від хронічного болю допоможе нейростимуляція

▪ Розумний годинник Hannspree Sportwatch

▪ Телескоп Colossus зможе виявити інопланетян

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Відеотехніка. Добірка статей

▪ стаття Діти, кухня, церква. Крилатий вислів

▪ стаття Коли і як виникла жувальна гумка? Детальна відповідь

▪ стаття Гравілат річковий. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Різні електронні пристрої. Довідник

▪ стаття Синтезатор мови. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт