Что обещал архимед найдя точку опоры сделать

«Дайте мне точку опоры…»

Известные, ставшие крылатыми слова выдающегося математика, физика и инженера Древней Греции Архимеда Сиракузского: «Дайте, мне точку опоры, и я сдвину (переверну) Землю!» – означают, что даже самое сложное дело можно сделать, если будет на то благоприятная ситуация или условия. Именно отсюда возникла фраза «архимедов рычаг», которую употребляют в смысле двигательной силы вообще. Придуманные человечеством различные простые механизмы: наклонная плоскость, рычаг, винт, клин, блоки и т.д. – позволяют решить множество сложных задач. Давайте попробуем разобраться, как можно применить «архимедов рычаг» для уменьшения прикладываемой силы.

Предположим, что Вы решить посадить цветы на дачном участке. Но Вам мешают большие камни, которые надо убрать. Для того, чтобы это сделать, применим «архимедов рычаг». Рассчитаем, какую силу нужно приложить, чтобы переместить камень массой 100 кг. Будем считать, что камень имеет высоту 30 см, а основание представляет собой круг радиусом 25 см. Для решения поставленной задачи необходимо организовать рычаг, изображенный на рисунке. В качестве точки опоры будем использовать маленький камень (точка А), а качестве рычага – длинный крепкий шест, который подкладывается под большой камень и опирается на маленький камень.

Согласно третьему закону Ньютона:

где F ₂ – сила, с которой большой камень действует на рычаг. Используя условие равновесия рычага, получаем:

После несложных математических преобразований находим:

Таким образом, если отношение плеч l ₁ и l ₂ равно 6 ( l ₁=120 см, l ₂=20 см), то для перемещения большого камня нужно приложить силу примерно 100 Н. Что равносильно поднятию камня с массой 10 кг.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Необходимо поднять груз массой 1000 кг на высоту 2м. Придумайте способ (систему простых механизмов), которая позволила бы это сделать, прикладывая силу не более 100 Н.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г.Москвы

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Закон Архимеда, Архимедов винт, «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!», «Эврика!». И, наконец, «Не трогай мои чертежи!» Этими словами и выражениями исчерпывается почти все, что мы узнаем об известном сиракузце в средней школе. Мы знаем, что Архимед – великий механик древности и герой сопротивления римлянам.

Но этот легендарный человек, прежде всего, был одним из крупнейших греко-римских математиков…

Далеко не самоучка, он получил прекрасное образование в Александрии, главном научном центре того времени. Архимед всю жизнь состоял в переписке с учеными оттуда. А в легендарной Александрии III века до нашей эры были собраны достижения не только народов Средиземноморского бассейна, но, благодаря походам Александра Македонского, также и множества загадочных цивилизаций Междуречья, Персии и даже долины Инда.

Однако даже до эпохи Ренессанса, когда впервые за многие сотни лет возник интерес к серьезной математике, дошло очень мало оригинальных трудов Архимеда. Не древнегреческих рукописей, а хотя бы копий, переводов или просто цитат. Не говоря уже о подробных доказательствах формул и теорем. Архимед-математик был долгое время известен ученым не более чем Эйнштейн школьнику: очень умный, много сделал чего-то очень важного – и все.

Сохранились скудные сведения о том, что в трактате «Метод механических теорем» Архимед подробно объяснял свои самые удивительные математические открытия. Только вот трактат этот на протяжении примерно тысячи лет числился среди навсегда утерянных для человечества.

Один из знаменитых исследователей Библии XIX века, Константин фон Тишендорф, в 1840-х годах работал в библиотеках Константинополя. Оттуда он привез домой страницу заинтересовавшей его рукописи, на которой обнаружились какие-то полустертые сложные математические вычисления на греческом, похожие на работу Архимеда.

Увы, ученый просто вырвал страницу из книги, когда библиотекарь смотрел в другую сторону. Этот акт вандализма был тщетен − ни Тишендорф, ни кто-либо другой не придали тексту никакого особого значения.

Настоящая заслуга открытия книги, замеченной Тишендорфом и позже прославившейся как Палимпсест Архимеда, принадлежит безвестному турецкому библиотекарю. Он привел выдержку из странных математических выкладок в рассылаемом по всему миру каталоге, который попал в руки датского историка и филолога Йохана Людвига Хейберга. Тот был заинтригован настолько, что немедленно выехал и ознакомился с книгой лично в 1906 году. То, что он увидел, потрясло его до глубины души.

На первый взгляд, довольно заурядная богослужебная книга XIII века из монастыря Мар Саба в иерусалимской пустыне. Но если присмотреться, поперек литургического текста шли еле заметные строки на более раннем греческом, изобилующие научными и философскими терминами.

Термин «палимпсест» обозначает «вновь соскобленный». Из-за ценности пергамента в Средние века ненужные книги часто разделяли на отдельные листы, очищали их от чернил, затем сшивали и писали новый текст.

В Палимпсесте Архимеда каждый из листов еще был сложен пополам, чтобы получить книгу меньшего формата. Поэтому новый текст и был написан поперек старого. В качестве писчего материала неизвестный монах использовал византийские сборники научных трудов приблизительно 950 года. Но очистка была произведена не очень тщательно, и оригинальный текст был заметен.

Радости Хейберга не было предела, когда он осознал, что большее число первоначальных текстов – это копия трудов Архимеда и что среди них присутствует почти в полном объеме вожделенный «Метод…».

Библиотека запретила выносить рукопись из своих помещений (кто может их винить после визита Тишендорфа?), поэтому ученый нанял фотографа, переснявшего для него всю книгу. Затем, вооруженный одной лишь лупой, Хейберг занялся детальной расшифровкой фотокопии.

Окончательный результат, а затем и английский перевод были опубликованы в 1910-1915 годы. Открытие вызвало немало шума и даже попало на передовицу «Нью-Йорк таймс».

Но тут началась Первая мировая война, в конце которой Османская империя прекратила свое существование. Среди разрухи в Константинополе, вскоре ставшем Стамбулом, было совершенно не до древних рукописей. В 1920-х годах огромное количество турецких ценностей переместилось в Европу. Лишь гораздо позже удалось установить, что некий француз смог приобрести и вывезти Палимпсест в Париж, где книга на долгое время стала просто коллекционной диковинкой.

Интерес к трудам Архимеда возродился лишь в 1971 году. Специалист по древнегреческой культуре из Оксфорда Найджел Вильсон обратил внимание на некоторые слова в документе из Кембриджской библиотеки (той самой странице Тишендорфа), которые, по его мнению, употреблялись только Архимедом.

Вильсон получил разрешение на более тщательное исследование документа и не только подтвердил, что страница относится к Палимпсесту, но и доказал, что с помощью недоступных ранее технологий (таких, как ультрафиолетовое освещение) текст можно восстановить полностью. Дело оставалось за малым – найти канувший в небытие кодекс. Академический мир начал интенсивные поиски, но они ни к чему не привели.

Палимпсест Архимеда. Видны надписи, сделанные ученым

В 1991 году сотрудник аукционного дома «Кристис» получил письмо от некоей французской семьи, желающей выставить на аукцион якобы тот самый Палимпсест. Новость была воспринята с изрядной долей скептицизма, но последующая экспертиза вынесла неожиданно положительный вердикт. В результате сенсационных торгов документ был продан анонимному миллиардеру за 2 миллиона долларов.

Все ученые мира затаили дыхание – ведь по воле нового владельца книгу могли просто закрыть в сейфе навсегда. К счастью, страхи оказались напрасными. Когда доктор Уилл Ноэль, куратор рукописей Художественного музея искусств Уолтерса в Балтиморе (США), обратился к агенту владельца с просьбой предоставить кодекс для изучения, его инициатива была воспринята с энтузиазмом. Миллиардер заработал свое состояние на высоких технологиях, и потому сам был не так уж далек от науки и ее интересов.

С 1999 по 2008 год целая группа специалистов работала с Палимпсестом Архимеда. Документ, к тому времени оказавшийся в чудовищно плохом состоянии, был тщательно отреставрирован. Когда кодекс расшили на отдельные листы, обнаружилось, что многие строки текста Архимеда были скрыты внутри переплета и потому ранее недоступны. Среди них были ключевые моменты в доказательстве теорем.

А новейшие методы сканирования (в диапазонах от инфракрасного до рентгеновского) и компьютерной обработки помогли восстановить все что возможно, даже невидимые глазу буквы.

Но почему это так важно?! Давным-давно было известно, что Архимед часто соединял большие числа и очень малые величины. Например, для вычисления длины окружности он вписывал ее в многоугольник с большим числом, но малой длиной сторон. Это приближает к важным в математике бесконечно большим и малым величинам. Но был ли Архимед способен оперировать истинной математической бесконечностью?

Кажется, что бесконечность – просто абстракция. Но она лежит в основе математического анализа, фундаментального для практически любых современных инженерных, физических и даже экономических расчетов. Без него нельзя построить небоскреб, сконструировать самолет или рассчитать выход спутника на орбиту. Современный математический анализ был заложен Ньютоном и Лейбницем в конце XVII века, и почти сразу же мир начал изменяться. Именно работа с бесконечностью дала нашей цивилизации ее технологическую мощь.

Благодаря открытию и восстановлению Палимпсеста сегодня мы знаем точно, что для Архимеда бесконечность была выверенным рабочим инструментом. Его выкладки безукоризненны, а доказательства выдерживают тщательную проверку современными математиками. Забавно, но Архимед довольно часто применяет то, что в современной математике называется суммами Римана, в честь известного математика… XIX века.

Правда, некоторые из его методов явно пришли «из другого мира», для современного ученого они чужды и неестественны. Они не хуже и не лучше теперешних, они просто другие. Это высшая математика, «генетически» никак не связанная с современной.

Жаль, но открытие забытой рукописи Архимеда запоздало. В XX веке оно стало сенсацией, но лишь в истории науки. А что бы было, если бы эта рукопись попала в руки ученых на сотни лет раньше? Если бы ее еще на школьной скамье читал Ньютон? Или Коперник? Или Леонардо да Винчи?

Даже для математиков XIX века этот труд представлял бы более чем академический интерес. Для ученых XVII-XVIII века значение его было бы огромно. А в эпоху Ренессанса, попав в нужные руки, он бы просто произвел эффект разорвавшейся бомбы, полностью перекроив будущее развитие математики и инженерной мысли.

Чего мы лишились, потеряв на века доступ всего к одной античной книге? Городов на Марсе, межзвездных космических кораблей, экологически чистых термоядерных реакторов? Об этом остается только гадать.

Источник

Архимед: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю»

Архимед (287—212 годы до н. э.) – один из величайших ученых в мире, блестящий представитель своей эпохи: математик, физик, астроном, инженер, изобретатель.

Сведения о жизни Архимеда немногочисленны, известны по трудам ученых, историков, писателей. За давностью времени оценить достоверность этих сведений очень сложно.

Впервые биография Архимеда была описана Гераклидом, предположительно, его учеником. Еще более ранние сведения об Архимеде содержатся в «Истории» Полибия (200—120 годы до н. э.), где подробно рассказывается о созданных сиракузским учёным машинах.

Историк I века до н. э. Диодор Сицилийский описывает архимедов винт, который был изобретен ученым во время пребывания в Египте. Римский писатель Тит Ливий характеризует Архимеда как астронома, гениального конструктора и инженера. Имя сиракузского ученого упоминает философ, оратор и политик Цицерон, который, по его мнению, обнаружил могилу ученого. Неоднократно Архимеда упоминает римский архитектор и механик Марк Витрувий Поллион. Он пишет о сиракузянине, как о знатоке законов течения воды в трубах, авторе руководств по строительной механике. Наиболее поздним источником данных об Архимеде является Плутарх. В биографии римского полководца Марцелла Архимеду посвящено несколько страниц. Это, предположительно, все известные свидетельства античных авторов об античном ученом.

Архимед родился в Сиракузах — одной из первых эллинских колоний на восточном берегу Сицилии (в III веке до н. э. это самый крупный по площади город античности. Сегодня руины древнего города — памятник Всемирного наследия ЮНЕСКО. Ныне на месте Сиракуз стоит итальянский город Сиракузы). Отцом Архимеда предположительно был математик и астроном Фидий. По мнению историка С. Я. Лурье, семья Архимеда на момент его рождения была небогатой. Отец не смог обеспечить сыну всестороннее образование, в основе которого в то время были занятия философией и литературой. Фидий смог обучить Архимеда только тому, что знал сам, — математическим наукам.

По сообщению Плутарха, Архимед был родственником царя Сиракуз Гиерона. Поэтому молодой Архимед получил возможность отправиться в один из главных научных центров Античности — Александрию.

Современная Александрийская библиотека

Ученые, к кругу которых примкнул Архимед, группировались вокруг Александрийского мусейона. (Александрийский мусейон или Александрийский музей — религиозный, исследовательский, учебный и культурный центр эллинизма, храм Муз. Основан в начале III века до н. э., находился на государственном обеспечении. Ученые, принятые в сотрудники мусейона, занимались натурфилософией, математикой, астрономией, географией, медициной, теорией музыки, лингвистикой и другими науками.) В состав мусейона входила знаменитая Александрийская библиотека, в которой было собрано более 700 тысяч рукописей (историческое здание библиотеки до наших дней не сохранилось). Вероятно, именно здесь Архимед познакомился с трудами Демокрита, Евдокса и других геометров, о которых он упоминал в своих сочинениях.

И именно здесь Архимед познакомился и подружился со знаменитыми учеными: астрономом Кононом, ученым Эратосфеном из Кирены, с которыми потом переписывался до конца их жизни. После смерти Конона Архимед активно продолжал переписываться с его учеником Досифеем, и многие трактаты Архимеда последних лет начинаются словами: «Архимед приветствует Досифея».

По окончании обучения Архимед вернулся на Сицилию. Молодой ученый не собирался делать карьеру придворного. Как родственнику сиракузского царя ему были обеспечены соответствующие условия жизни. В отличие от Архимеда, которого интересовала наука как таковая, царь Сиракуз искал возможности ее практического применения. Именно он убедил Архимеда создать механизмы и машины, работа которых завораживала современников и во многом принесла всемирную славу своему создателю. Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его поразительные изобретения.

Музей Архимеда В Сиракузах

Широкую известность получил рассказ, описанный у Витрувия, о том, как Архимед сумел определить, сделана ли корона царя Гиерона из чистого золота, или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. По весу корона соответствовала количеству отпущенного на ее изготовление благородного металла. После доноса о том, что часть золота заменили серебром, царь приказал Архимеду определить истину. Ученый как-то случайно пришел в баню, опустился в ванну и увидел, как из нее вытекает вода. Согласно легенде, в этот момент его осенила идея, которая легла в основу гидростатики. С криком «Эврика!» Архимед выскочил из ванны и побежал к царю. Архимед попросил сделать два слитка из серебра и золота, равных по весу короне. Затем он наполнил водой до краев некую емкость, в которую последовательно погружал слитки и корону. Вынимая предмет из воды, он доливал в емкость определенное количество жидкости из мерного сосуда. Корона вытеснила больший объем воды, чем равный ей по весу золотой слиток. Таким образом Архимед доказал обман ювелира.

Экспонат музея Архимеда в Сиракузах: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю»

Согласно другой легенде, приведенной у Плутарха, Архимед написал Гиерону, что сможет сдвинуть любой груз. Также он добавил, что будь в его распоряжении другая земля, на которую можно было бы встать, он сдвинул бы с места и нашу. Для проверки утверждений Архимеда на берег вытащили трехмачтовое грузовое судно, полностью заполнили трюм и посадили на корму команду матросов. Архимед сел поодаль и начал вытягивать пропущенный через систему блоков (полиспаст) прикрепленный к кораблю канат. Судно начало двигаться, «так ровно и медленно, словно плыло по морю». Тогда, по легенде, Архимед произнес: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю».

Инженерный талант Архимеда проявился во время осады Сиракуз римлянами в 214—212 годах до н. э. в ходе Второй Пунической войны (военный конфликт между двумя коалициями, во главе которых стояли Рим и Карфаген). Сначала, когда римляне напали на город с двух сторон, жители Сиракуз растерялись, но затем пустили в ход сконструированные Архимедом машины. Они забрасывали римские войска тяжелыми камнями. На вражеские суда стали опускаться укрепленные на стенах брусья. Они либо топили корабли силой своего толчка, либо захватывали их крючьями и поднимали за нос над водой. Затем «когти Архимеда» раскручивали римские галеры и швыряли их об утесы у подножья городской стены. «Нередко взору открывалось ужасное зрелище: поднятый высоко над морем корабль раскачивался в разные стороны до тех пор, пока все до последнего человека не оказывались сброшенными за борт или разнесенными в клочья, а опустевшее судно разбивалось о стену или снова падало на воду, когда железные челюсти разжимались». Знаменитый историк древности Полибий писал: «Такова чудесная сила одного человека, одного дарования, умело направленного на какое-либо дело… римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузян одного старца. Но так как этот один был среди сиракузян, они не дерзали нападать на город».

По одной из легенд, впервые описанной у Диодора Сицилийского, когда римский флот, потерпев поражение, отошел на безопасное и недосягаемое для камней катапульт расстояние, Архимед задействовал еще одно из своих изобретений. Он установил большое зеркало, в которое направил лучи из других зеркал поменьше. Отраженный луч смог поджечь и уничтожить римские корабли. Достоверность данной легенды больше интересовала физиков, нежели историков. Рене Декарт и Иоганн Кеплер отвергали возможность поджога при помощи солнечного луча на большом расстоянии. Эксперименты с тепловым лучом проводили и в Новейшее время. Так, греческому ученому Иоаннису Саккасу в 1973 году удалось поджечь фанерную модель римского корабля, обработанную смолой, с расстояния 50 м, используя 70 медных зеркал.

Осенью 212 года до н. э. Сиракузы были взяты римлянами. Во время штурма Архимед был убит. Рассказ о смерти ученого от рук римлян в античных источниках существует в нескольких версиях.

Подлинные обстоятельства смерти Архимеда остаются невыясненными. Приведенные легенды античных авторов свидетельствуют, что ученого убили во время волны грабежей и убийств сразу после взятия Сиракуз римлянами.

Смерть Архимеда, гравюра по картине Г. Куртуа (1853-1923)

Могила Архимеда, Неаполис

М. Кноллер. Цицерон, открывающий гробницу Архимеда, 1775

Еще одну версию приводит византийский филолог XII века Иоанн Цец. В разгар боя 75-летний Архимед сидел на пороге своего дома, углубленно размышляя над чертежами, сделанными им прямо на дорожном песке. В это время пробегавший мимо римский воин наступил на чертеж, и возмущенный ученый бросился на римлянина с криком: «Не тронь моих чертежей!». Солдат остановился и хладнокровно зарубил старика мечом.

Марк Туллий Цицерон, древнеримский политический деятель, оратор и философ, бывший квестором на Сицилии в 75 году до н. э., писал в «Тускуланских беседах», что ему спустя 137 лет после смерти Архимеда удалось обнаружить полуразрушенную могилу ученого. На ней, как и завещал Архимед, было изображение шара, вписанного в цилиндр.

Достижения гениального ученого

Экспонат музея Архимеда в Сиракузах: катапульта

Долгое время ученые не могли понять, как же были сделаны все его открытия. И биография Архимеда включает описание его достижений и идей, которые только в ХVIII веке были развиты и продолжены. В III веке до нашей эры он совершил множество новаторских вещей, а именно:

Где сегодня можно познакомиться с памятными местами великого ученого, путешествуя по миру?

Самый интересный и познавательный музей в Сиракузах на Сицилии – это музей-парк Архимеда (Tecnoparco Archimede), который находится рядом с Римским Амфитеатром. Музей является одним из самых посещаемых на острове. Здесь можно не только увидеть разнообразные механизмы, разработанные великим ученым, но и понаблюдать за их работой.

Памятник Архимеду в Сиракузах

Например, архимедов винт, который предназначается для вычерпывания воды, арбалет, разнообразные виды военно-инженерных устройств, прототип нынешней ветряной мельницы и многое другое. Также в музее представлены чертежи, которые были сделаны самим Архимедом, собрана уникальная коллекция легенд, которые связанны с именем античного изобретателя и инженера.

В кинозале музея демонстрируется фильм о жизни и творчестве Архимеда. Для создания эффекта присутствия демонстрация осуществляется сразу на четырех стенах зала так, что посетители имеют возможность перенестись в бурные, полные войн времена Древнего Мира.

Экспозиция музея в Сиракузах познавательна, позволит более глубоко изучить творчество великого инженера, физика и математика античности.

Надеемся, что наше третье путешествие «от Архимеда до Хокинга» пробудит в читателях интерес к науке, истории, мировой культуре, вызовет желание путешествовать и открывать удивительную вселенную. Ведь вокруг нас так много интересного и неизведанного!

тел: 4922-32-32-02 (доб. 129)

Источник