Архимед е древногръцки математик, физик, инженер, астроном и изобретател от град Сиракуза в Сицилия. Въпреки че са известни малко подробности за живота му, въз основа на оцелелите му трудове, той се смята за един от водещите учени в класическата античност и един от най-великите математици на всички времена. Архимед е изпреварил съвременното смятане и анализ, като е приложил концепцията за безкрайно малките величини (инфинитезимали) и метода на изчерпване, за да изведе и строго докаже много геометрични теореми. Такива напр. са площта на окръжност, повърхността и обема на сфера, площта на елипса, площта под парабола, обемът на сегмент от параболоид на въртене, обемът на сегмент от хиперболоид на въртене и площта на спирала.
Живот
Подробностите за живота на Архимед са неясни; биография на учения, спомената от Евтоций, е била написана от неговия приятел Хераклид Лемб, но това произведение е изгубено и съвременните изследвания се съмняват, че е било написано от Хераклид.
Въз основа на твърдение на византийския учен Йоан Цецес, че Архимед е живял 75 години преди смъртта си през 212 г. пр.н.е., се смята, че Архимед е роден около 287 г. пр.н.е. в пристанищния град Сиракуза, Сицилия, по това време самоуправляваща се колония в гръцката колония Магна Греция. Архимед посочва името на баща си като Фидий - астроном, за когото не е известно нищо друго. Плутарх пише в своите "Успоредни животописи“, че Архимед е бил роднина на цар Хиерон II, владетелят на Сиракуза, въпреки че други автори, като Цицерон и Силий Италик, предполагат, че е бил от скромен произход. В предговора към "Върху спиралите“, адресиран до Доситей, Архимед казва, че "много години са изминали от смъртта на Конон“. Конон от Самос е живял около 280–220 г. пр.н.е., което предполага, че Архимед може да е бил по-възрастен човек, когато е писал някои от своите произведения
Кредит: Wikimedia Commons
Златната корона
Една от историите за изобретенията на Архимед е тази за златната корона. Според Витрувий, пишещ около два века след смъртта на Архимед, цар Хиерон II от Сиракуза поръчал златен венец за храм на безсмъртните богове и доставил чисто злато, което да бъде използвано от златаря. Царят обаче започнал да подозира, че златарят е заменил златото с по-евтиното сребро и е запазил част от чистото злато за себе си и, неспособен да накара ковача да си признае, помолил Архимед да разследва. По-късно, докато влизал във ваната, Архимед забелязал, че нивото на водата във ваната се покачва все повече, колкото по-дълбоко потъвал, и осъзнавайки, че този ефект може да се използва за определяне на обема на златната корона, бил толкова развълнуван, че излязъл гол по улиците, забравил да се облече, викайки "Еврика!“, което означава "Открих[я]!“ Според Витрувий, Архимед взел буца злато и буца сребро, които били равни по тегло на венеца, и като поставил всяка във ваната, показал, че венецът измества повече вода от златото и по-малко от среброто, демонстрирайки, че венецът е злато, смесено със сребро.
Различен разказ е даден в "Поема за тежестите“, анонимна латинска дидактическа поема от V век за мерки и теглилки, някога приписвана на граматика Присциан. В тази поема буците злато и сребро са поставени върху везните на кантар, след което цялата инсталация е потопена във вода; разликата в плътността между златото и среброто или между златото и короната кара везните да се наклонят съответно. За разлика от по-известния разказ за ваната, даден от Витрувий, този поетичен разказ използва принципа на хидростатиката, известен сега като принцип на Архимед, който се намира в неговия трактат "За плаващите тела“. Там тяло, потопено в течност, изпитва сила на изтласкване, равна на теглото на течността, която измества.
Пускането на вода на "Сиракузия"
Голяма част от работата на Архимед в инженерството вероятно е възникнала от задоволяването на нуждите на родния му град Сиракуза. Атеней от Навкратис в своето произведение "Дейпнософисти“ цитира някой си Мосхион как цар Хиерон II е поръчал проектирането на огромен кораб, "Сиракузия“, за който се твърди, че е най-големият кораб, построен в класическата античност. Според разказа на Мосхион, той е бил пуснат на вода от Архимед. Плутарх пише малко по-различен разказ, в който се казва, че Архимед се е похвалил на Хиерон, че е в състояние да премести всякаква голяма тежест, при което Хиерон го е предизвикал да премести кораб. Тези разкази съдържат много фантастични подробности, които са исторически неправдоподобни, а авторите на тези истории предоставят противоречиви идеи за това как е била изпълнена тази задача. Плутарх заявява, че Архимед е конструирал система от блокове и такли, докато Херон от Александрия приписва същата хвалба на изобретението на Архимед на барулкоса, вид лебедка. Пап от Александрия отдава този подвиг на използването от Архимед на механичното предимство - принципът на лоста за повдигане на предмети, които иначе биха били твърде тежки за преместване, приписвайки му често цитираната забележка: "Дайте ми опорна точка и аз ще преместя Земята“. Въпреки че Архимед не е изобретател на лоста, той дава обяснение на неговия принцип на работа в своя трактат "За равновесието на равнините“.
Военни машини
Най-голямата слава, която Архимед е спечелил през античността, е за защитата на града си от римляните по време на обсадата на Сиракуза. Според Плутарх, Архимед е конструирал бойни машини за Хиерон II, но никога не е имал възможност да ги използва, докато Хиерон е жив. През 214 г. пр.н.е. обаче, по време на Втората пуническа война, когато Сиракуза преминава от Рим към Картаген, римската армия под командването на Марк Клавдий Марцел се опитва да превземе града. Архимед лично е ръководил използването на тези бойни машини в защитата на града, което значително забавя римляните, които успяват да превземат града едва след дълга обсада. Трима различни историци, Плутарх, Ливий и Полибий, дават свидетелства за тези бойни машини, описвайки подобрени катапулти и кранове, които са пускали тежки парчета олово върху римските кораби.
Много по-неправдоподобен разказ, който не се среща в нито един от трите най-ранни разказа (Плутарх, Полибий или Ливий), описва как Архимед е използвал "горящи огледала“, за да фокусира слънчевите лъчи върху атакуващите римски кораби, подпалвайки ги. Най-ранният разказ, в който се споменава за подпалване на кораби, е от сатирика от II век сл. Хр. Лукиан от Самосата. Той не споменава огледала и само казва, че корабите са били подпалени по изкуствен начин, а това може да предполага, че са били използвани горящи снаряди. Първият автор, който споменава огледала, е Гален, писал по-късно през същия век. Близо четиристотин години след Лукиан и Гален, Антимий, въпреки скептицизма, се опитва да реконструира хипотетичната геометрия на рефлектора на Архимед. Предполагаемото устройство, понякога наричано "топлинен лъч на Архимед“, е предмет на продължаващ дебат за неговата достоверност от Ренесанса насам. Рене Декарт го отхвърли като невярно. Съществуват предположения, че голям брой добре полирани бронзови или медни щитове, действащи като огледала, биха могли да бъдат използвани за фокусиране на слънчева светлина върху кораб, като използват принципа на параболичното огледало, както в слънчевата пещ. Съвременните изследователи се опитаха да пресъздадат ефекта, използвайки само средствата, които биха били на разположение на Архимед, но получиха смесени резултати.
"Горящите огледала“ на Архимед и техният принцип. Кредит: Wikimedia Commons
Архимедова лапа
Лапата на Архимед (на старогръцки: Ἁρπάγη, harpágē, буквално "грабител“; известен също като желязната ръка) е древно оръжие, изобретено от Архимед, за да защитава морската част на градската стена на Сиракуза от десант. Въпреки че точният му характер не е ясен, разказите на древните историци го описват като вид кран, снабден с кука за захващане, който е можел да повдигне атакуващ римски кораб с носа. След това, когато нокътят се освободи, корабът ще падне върху скалите или водата отдолу, неизбежно преобръщайки се. Твърди се, че нокътят можел да разтърси лодки с такава сила, че екипажът да бъде хвърлен в морето.
Тези машини заемат видно място по време на Втората пуническа война през 214 г. пр.н.е., когато Римската република атакува Сиракуза с флот от 60 квинквереми под командването на Марк Клавдий Марцел. Когато римският флот се приближава до градските стени под прикритието на тъмнината, машините са използвани, потапяйки много кораби и хвърляйки атаката в объркване. Известни историци като Тит Ливий приписват тежки римски загуби на тези машини, заедно с катапултите, също изобретени от Архимед.
Правдоподобността на това изобретение е тествана през 1999 г. в сериала на BBC "Тайните на древните“ и отново в началото на 2005 г. в сериала на Discovery Channel "Супероръжия на древния свят“. Продуцентите на "Супероръжия“ събрали група инженери, натоварени със задачата да създадат и внедрят реалистичен дизайн, предвид известното за Архимед. В рамките на седем дни те успели да тестват творението си и наистина смогнали да обърнат модел на римски кораб, така че той да потъне. Макар че това не доказва 100 % ефекта на Архимедовата лапа, все пак предполага, че е било възможно той да съществува.
Архимедовата лапа – картина от Джулио Париджи, 1599-1600. Кредит: Wikimedia Commons
Архимедов винт
Архимедовият винт е хидравлична машина, състояща се от външен цилиндър и вътрешен цилиндър със спираловидни лопатки. Може да се използва както като помпа, така и като генератор на енергия, въпреки че е използван и за други цели, като например дренаж и управление на отпадъчни води.
Архимедовият винт се състои от винт (спирална повърхност, обграждаща централен цилиндричен вал) вътре в куха тръба. Винтът обикновено се завърта от вятърна мелница, ръчен труд, добитък или със съвременни средства, като например двигател. Докато валът се върти, долният край загребва обем вода. След това тази вода се изтласква нагоре по тръбата от въртящия се хеликоид, докато не се излее от горната част на тръбата.
Съществуват четири основни вида винтове на Архимед:
- спирални винтове - малки затворени тръби са увити около по-голяма тръба;
- вдлъбнати винтове - спиралните лопатки са увити около централна тръба и винтът се върти в U-образно корито;
- тръбни винтове - спиралните лопатки са увити около централна тръба и винтът е затворен в цилиндър;
- винтове за обсадни тръби - спиралните лопатки са увити около централна тръба и са прикрепени към затворен цилиндър, което води до въртене на цялата конструкция.
Производителите не използват често обсадни тръби, тръбни и спирални винтове, тъй като те имат лоша вентилация и често задържат въздух.
Произходът на водния винт е неизвестен. Архимед традиционно се смята за изобретател на водния винт, но други учени твърдят, че Архимед просто е открил, че египтяните вече са го използвали. Най-ранното споменаване на винта е от периода между 250 и 220 г. пр.н.е., а археологически останки от водни винтове в Европа и Азия предполагат, че той е бил разпространен в териториите на Римската империя, въпреки че винтът до голяма степен е излязъл от употреба в Европа през трети век сл. Хр. Той обаче се появява отново по време на Ренесанса, като е въведен в други региони като Китай и Япония.
Чертеж на Архимедовия винт така, както е обрисуван в "За архитектурата“ на Витрувий. Кредит: Wikimedia Commons
Като машина, използвана за повдигане на вода от нискоразположен воден басейн в напоителни канавки, винтът повдига вода чрез завъртане на винтообразна повърхност вътре в тръба. В съвременния свят винтовите помпи на Архимед се използват широко в пречиствателни станции за отпадъчни води и за обезводняване на ниско разположени райони. Работещи в обратен ред, винтовите турбини на Архимед действат като малка водноелектрическа централа, която може да се прилага дори на места с нисък напор. Такива генератори работят в широк диапазон от дебити (от 0,01 м3/с до 14,5 м3/с) и напори (от 0,1 м до 10 м), включително ниски напори и умерени дебити, които не са идеални за традиционните турбини и не са заети от високопроизводителни технологии.
В "Трактат за великия кораб на Хиерон от Сиракуза“, написан между 250 и 220 г. пр.н.е., Мосхион съобщава, че винтът е бил използван като помпа за трюм в кораб, построен за Хиерон II от Сиракуза, а Посидоний също така е записал водни винтове в испански мини, използвани за дренаж. Съвременният историк Олесон отбелязва, че археологически останки от водния винт са открити на територията на Римската империя като Египет, Испания, Франция и Италия. Ллитературни текстове и надписи описват винта като присъстващ в Месопотамия, Египет, Сирия и Испания, въпреки че липсата на винтове в Рим и Северна Европа предполага, че винтът не е бил използван много там, тъй като напояването и минното дело са били по-малко приоритетни в тези региони.
Диодор описва използването на Архимедовия винт за напояване в делтата на Нил за близките военни лагери и градове в своята "Историческа библиотека“, а Витрувий описва дървен Архимедов винт с осем остриета в своя трактат "За архитектурата“, написан между 27 и 22 г. пр.н.е. Най-ранното изображение на водния винт е фреска във вилата на. Cornelius Teges в Помпей, датираща отпреди 79 г. сл.н.е. Архимедовият винт продължава да се използва в Европа, докато не излиза от употреба в края на трети век. Историкът Лин Уайт-младши твърди, че винтът е продължил да се използва във вестготска и ислямска Испания, а Олесон предполага, че арабите може да са въвели отново винта в Европа след завладяването на Испания през 8 век.
Закон на Архимед
Архимед е признат за човека, открил принципа на плаваемостта, известен още като Закон на Архимед. Той гласи, че на всяко тяло, потопено в течност (напълно или частично) действа вертикална сила с посока от долу нагоре и големина, равна на теглото на обема на изместената от него течност. Тази сила се нарича сила на Архимед.
Схема на Закона на Архимед. Кредит: Wikimedia Commons
Километражът
На Архимед се приписва и първата идея за километраж или поне механичен метод за проследяване на изминатото разстояние.
Римският инженер Марк Витрувий Полион (80/70 г. пр.н.е. - 15 г. пр.н.е.) е написал описание на тази идея, което той приписва на Архимед. Километражът е работил на идеята, че всеки път, когато колело се завърти, то изминава своята обиколка. Километражът може да е използвал голямо колело с известна обиколка и серия от зъбни колела.
Принципът е, че зъбно колело на задвижващия вал има само един зъб, а зъбно колело, държащо кутия с камъчета, има допълнителни зъби. Зъбното колело с камъчета се премества с една степен всеки път, когато колелото на колесницата се завърти напълно. След като колелото е направило достатъчно обороти, равни на една миля, зъбното колело с камъчета би се преместило така, че отвор, водещ от кутията с камъчета, би се подравнил с отвор под зъбното колело и камъче би паднало в кофа. Преброяването на камъчетата може да ви покаже колко мили са били изминати. Всяко паднало топче представлява една измината миля.
Системата от макари
Архимед не е изобретил макарата, но е разработил различни системи от сложни макари, подобрявайки съществуващата по негово време технология. Той ясно демонстрира, че колело, поддържано от въже, може да се използва като метод за пренос на енергия, осигурявайки на оператора механично предимство в процеса. Архимед разработва ефикасна система от блокове и такъли, позволяваща на моряците да използват лост за повдигане на тежки предмети.
Геометрия на формите
Римският историк Плутарх пише, че Архимед не е ценял високо своите механични изобретения. Вместо това, той е бил много по-горд със своите доказателства и теории във физиката и математиката. На Архимед се приписва доказването, че площта на окръжност е равна на π, умножено по квадрата на радиуса на окръжността. Той също така е доказал, че площта, ограничена от парабола и права линия, е 4/3 пъти площта на съответния вписан триъгълник.
Както вероятно можете да се досетите от този кратък списък обаче, изобретателят е имал значителен принос в изясняването на ранната физика, математика, машиностроенето и дори изкуството. Той е може би най-необикновеният полимат, живял някога, и с право заслужава мястото си в учебниците по история.
Източници:
Archimedes - https://en.wikipedia.org/wiki/Archimedes
Archimedes' screw - https://en.wikipedia.org/wiki/Archimedes'_screw
Claw of Archimedes - https://en.wikipedia.org/wiki/Claw_of_Archimedes
7 Remarkable Inventions from Archimedes That Shaped History - https://interestingengineering.com/lists/7-amazing-inventions-from-archimedes
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция
Откъде идва "химията" на междуличностните връзки?
Експериментален руски спътник се разпада в орбита и оставя следи от отломки