阿基米德定律。科学发现的历史和本质

阿基米德定律。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

阿基米德（公元前 287 年 - 公元前 212 年）出生于希腊城市锡拉丘兹，他几乎一生都在那里生活。他的父亲是希隆市统治者的宫廷天文学家菲迪亚斯。阿基米德和许多其他古希腊科学家一样，曾在亚历山大港学习，埃及的统治者托勒密家族聚集了最优秀的希腊科学家和思想家，并建立了世界上著名的最大图书馆。

在亚历山大学习后，阿基米德再次回到雪城，继承了父亲的职位。

从理论上讲，这位伟大科学家的工作是辉煌的。阿基米德的主要著作涉及数学（几何）、物理学、流体静力学和力学的各种实际应用。阿基米德在他的论文《求积抛物线》中证实了计算抛物线段面积的方法，而他在发现积分之前两千多年就做到了这一点。在《论圆的测量》一书中，阿基米德首先计算了数字“pi”——周长与直径的比值——并证明它对于任何圆都是相同的。我们仍然使用阿基米德发明的整数命名系统。

古代伟大的演说家西塞罗看到了“阿基米德球体”——一个显示天体围绕地球运动的模型，他的评论令人好奇：“这个西西里人拥有一种似乎是人性无法企及的天才。 ”。

阿基米德测试并创建了他那个时代已知的五种机制的理论，称为“简单机制”。它们是一个杠杆（“给我一个支撑点，”阿基米德说，“我就能移动地球”）、一个楔子、一个块、一个无头螺杆和一个绞盘。

但是阿基米德也知道物体不仅仅是形状和尺寸：它们在某些力的作用下移动，或者可以移动，或者保持静止，这些力使物体向前移动或使它们达到平衡。伟大的 Syracusan 研究了这些力并发明了一个新的数学分支，其中的物质体，简化为几何形式，同时保持其重力。这种重量几何是有理力学、静力学和流体静力学。

阿基米德在他的著作《浮体》中发展了流体静力学学说。 “假设，”这位科学家说，“一种液体具有这样一种性质，即从位于同一水平面且彼此相邻的粒子中，压缩程度较低的粒子会被压缩得更多，并且它的每个粒子都被压缩沿着铅垂线位于其上方的液体，前提是该液体未封闭在任何容器中并且没有被其他东西挤压。依靠这一立场，阿基米德在数学上证明了使用上述假设可以充分解释以下“后果”：

"1) 重量与液体相等的物体，被放入该液体中，被浸入其中，使它们的任何部分都没有突出于液体表面，也不会向下移动。

2) 一个比液体轻的物体，被降低到这种液体中，并没有完全下沉，但它的一部分仍然在液体表面之上。

3) 将比液体轻的物体浸入该液体中，使浸入液体的体积（身体的一部分）的重量等于整个身体的重量。

4) 比液体轻的物体，被强行放入液体中，将被推上去的力等于与物体体积相同的液体比物体重的重量。

5) 比液体重的物体，浸在这种液体中，会下沉，直到它们到达最底部，并且在液体中会因液体的重量而变轻，体积等于浸没物体的体积。

事实上，第 5 段包含着名的阿基米德定律，据传说，该定律的发现使他能够验证锡拉库萨国王希伦王冠的成分。关于阿基米德定律首次实际应用的著名故事是古罗马作家维特鲁威在他的著作《论建筑》中给出的：

“……根据他的发现，据说他制造了两块金锭，每块都和王冠一样重，一个是金的，一个是银的。做完这件事后，他将容器装满了水，直到边缘又放下一块银锭，这就是在容器中浸入多少锭，流出相应量的水。取出锭，往容器中倒了这么多的水，是多少少在那里，用六分仪测量倒入的水，这样，像以前一样，容器装满了水，所以他从这里找到了多少重量的银对应于多少具体的水量。

做完这样的检查后，他又以同样的方式将金锭放入一个完整的容器中。然后把它拿出来，再加上同样量溢出的水量，他发现，在水的六分之一的基础上，一块金块的体积比一块银块少多少。相同的重量。之后，将容器装满，将王冠放入同一水中，发现浸入王冠时，流出的水比浸入相同重量的金块时更多。因此，根据皇冠比金条取代的水更多的结论，他发现了金中的银混合物，并发现了供应商的明显盗窃行为。

“在这个故事中，”Ya.G. Dorfman 指出，“只有阿基米德关于王冠由合金而非纯金组成的结论是令人信服的。但从任何地方都不能得出结论，银必然是第二种成分。在无论如何，应该指出的是，阿基米德的这一杰出发现标志着首次将物理测量方法应用于化学成分的控制和分析，而不破坏产品的完整性。这一发现的巨大现实意义在在这个时代，没有其他此类方法受到普遍关注，并在随后的许多世纪中成为进一步研究和实际使用的主题。

显然，阿基米德本人并没有将自己局限于所描述的半定性实验，而是转向更准确的定量测量。 Al-Khazini，81 世纪阿拉伯著作《智慧天平之书》的作者，“逐字逐句”引用了生活在罗马皇帝图密善时代（96-XNUMX 年）的希腊墨涅劳斯的一篇论文BC），据报道，阿基米德“发明了一种机械装置，凭借其精巧的结构，使他能够在不影响其形状的情况下确定王冠中含有多少金和多少银。” Al-Khazini 还给出了带有可移动负载的“阿基米德天平”的结构图。

通过在该设备上比较上述锭在水中的重量，阿基米德可以借助可移动重物确定金和银比重的数值比，并通过比较表冠和其中一个锭的重量在同样，他可以确定王冠中金和银的相对数量（如果只有这两种金属包含在王冠的成分中）”。

公元XNUMX世纪，亚历山大城著名科学家希帕夏的学生西尼修斯（Synesius），根据阿基米德的原理，发明了“比重计”——一种测定液体比重的比重计。该装置由青铜制成，有凹口。显然，这个装置是用来编制各种液体比重表的。不幸的是，我们还没有找到这样的桌子。

作者：萨明 D.K.

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