«Эврика» или что может заставить выбежать голым на улицу?
В античных Сиракузах, городе, где солнце ласково отражается от мраморных стен,
а море шепчет древние тайны и начинается наша история. В один из жарких летних
дней, когда все казалось обыденным, на улицу выбежал совершенно голый человек
и прокричал — «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!». Этого
человека звали Архимед и сегодня я предлагаю вспомнить одну из самых известных
историй античности.
Подозрения царя
Родной город Архимеда Сиракузы
Эта история началась с золотой короны, заказанной царем Гиероном II. Подозревая,
что хитроумные ювелиры обманули его, подменив часть золота дешевым серебром,
царь обратился к Архимеду. Но как можно выяснить правду, если способов
определить химический состав металлического сплава еще не существует? Ответ
лежал в глубинах воды, и именно здесь начиналась загадка, которую никто прежде
не решал...
Кто такой Архимед?
Архимед, выдающийся ученый древности, жил в третьем веке до нашей эры в цветущем городе Сиракузы на острове Сицилия. Известный своей непревзойденной гениальностью и страстью к науке, Архимед оставил неизгладимый след в истории благодаря своим открытиям и изобретениям, которые продолжают восхищать умы людей до сих пор.
Этот человек, чья жизнь была полна невероятных открытий, был не только математиком, но и инженером, физиком и астрономом. Архимед разработал множество военных машин для защиты своего родного города от римлян, включая легендарные "когти Архимеда" и "зажигательные зеркала". Его математические труды заложили основы интегрального исчисления и гидростатики, а его инженерные изобретения, такие как Архимедов винт, продолжают использоваться и в современности.
Согласно преданию, Архимед использовал «Зажигательные зеркала» для защиты родного города Сиракузы от римских кораблей во время осады в 212 году до н.э. Зеркала концентрировали солнечные лучи на парусах вражеских кораблей, поджигая их.
Согласно преданию, Архимед использовал «Зажигательные зеркала» для защиты родного города Сиракузы от римских кораблей во время осады в 212 году до н.э. Зеркала концентрировали солнечные лучи на парусах вражеских кораблей, поджигая их.
В истории науки Архимед занимает особое место, будучи одним из первых ученых, чьи открытия сочетали теоретическое понимание и практическое применение. Его работы стали фундаментом для дальнейших исследований и открытий, а его любознательный ум и страсть к знанию вдохновляют ученых и по сей день. Наша сегодняшняя история — лишь один из многих примеров того, как его острый ум смог найти простое решение сложной проблемы.
Попарился на славу
Перейдем к самому открытию. Как мы помним Царь Гиерон II заказал ювелирам изготовить корону из чистого золота, но вскоре его начали мучить сомнения насчет того, а не обманули ли его?
Царь обратился к Архимеду. Долгие дни и ночи ученый искал решение, пока однажды, принимая ванну, не заметил, как уровень воды поднялся, когда он погрузился в нее. И тут его осенило: объем вытесненной воды равен объему погруженного в нее тела! Это простое наблюдение открыло путь к разгадке тайны короны.
Не думая о приличиях, Архимед, взволнованный своим открытием, выбежал на улицы Сиракуз, крича «Эврика!» и побежал к царю. Его гипотеза была проста и гениальна: если погрузить корону в воду и измерить объем вытесненной жидкости, можно будет определить ее плотность и, следовательно, выяснить, изготовлена ли она из чистого золота или подмешана серебром.
Архимед забыл одеться и побежал Пьетро Скальвини, 1737
Прибежав он попросил сделать два слитка из серебра и золота, равных по весу короне, а затем наполнил водой до краёв некую ёмкость, в которую последовательно погружал слитки и корону. Вынимая предмет из воды, он доливал в ёмкость определённое количество жидкости из мерного сосуда. Корона вытеснила больший объём воды, чем равный ей по весу золотой слиток. Таким образом Архимед доказал обман ювелира и заложил основу для будущих открытий в гидростатике. Что же стало с ювелирами остается только гадать…
Это история не имеет исторических подтверждений, также автор легенды не учёл, что Гиерон жил в укреплённой резиденции-дворце на острове Ортигия вне Сиракуз, и потому Архимед физически не мог прибежать к нему из городской бани, так что, скорее всего является апокрифическим повествованием, возникшим после смерти ученого, чтобы подчеркнуть его гениальность и остроумие. В любом случае, это яркий пример того, как простое наблюдение за повседневными явлениями может привести к великому открытию, которое изменит наше понимание мира.
Вообще, личность Архимеда окружает множество легенд. Одна из них рассказывает нам о его смерти. Во время осады Сиракуз Архимед, погруженный в свои математические вычисления, не замечает вторжение врага и его убивает римский солдат. Этот сюжет лег в основу картины Лоренцо Кардиале (Lorenzo Cardi) под названием «Смерть Архимеда»
«Смерть Архимеда» Джованни Баттиста Лангетти. Вторая половина XVII века
Архимед — суперзвезда
Легенда об Архимеде и его ванне вдохновляла художников, писателей и ученых на протяжении веков.
В литературе история Архимеда неоднократно использовалась как метафора для описания научных и философских открытий. В произведениях античных авторов, таких как Плутарх и Витрувий, этот эпизод подробно описан, подчеркивая важность метода научного исследования и значение логического мышления. Позднее, в эпоху Возрождения, художники часто изображали Архимеда как мудреца, глубоко погруженного в свои мысли, с атрибутами науки и инженерии вокруг него.
Архимед стал героем многих картин и гравюр, запечатленных в эпоху Возрождения и Просвещения. На этих произведениях он представлен как символ человеческой гениальности и стремления к познанию. Например, знаменитая картина Доменико Фетти «Архимед» изображает ученого с компасом и глобусом, что символизирует его вклад в геометрию и астрономию.
Архимед в думах. Картина написана Доменико Фетти (1588–1623) в 1620 году
В кино и театре образы и идеи Архимеда также находят свое отражение. Его изобретения и научные достижения часто упоминаются в фильмах о Древней Греции и Риме, подчеркивая его роль в истории науки и техники. Современные документальные фильмы и телепередачи продолжают рассказывать о жизни и открытиях Архимеда, популяризируя его наследие среди широкой аудитории.
Архимед стал не просто исторической фигурой, но культурным символом, олицетворяющим человеческое стремление к знаниям и инновациям.
Суть открытия
Закон Архимеда, хотя и был открыт более двух тысячелетий назад, остается фундаментальным принципом, объясняющим плавучесть объектов в жидкости. Формулируется он следующим образом: "На всякое тело, погруженное в жидкость, действует со стороны этой жидкости поддерживающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости." Это простое утверждение объясняет, почему одни предметы тонут, а другие плавают.
Чтобы понять этот закон на практике, представьте себе, что вы держите в руках обычный камень и опускаете его в воду. Когда камень полностью погружается, он вытесняет объем воды, равный его собственному объему. В это же время вода оказывает на камень силу, стремящуюся вытолкнуть его вверх. Эта сила и есть та самая поддерживающая сила Архимеда. Если вес камня больше веса вытесненной воды, камень утонет. Если же меньше — он всплывет.
Закон Архимеда объясняет, почему корабли, сделанные из тяжелых материалов, таких как сталь, не тонут. Хотя сталь сама по себе гораздо плотнее воды, корабль имеет полую структуру, что позволяет ему вытеснять достаточное количество воды, создавая подъемную силу, равную весу судна. Таким образом, средняя плотность корабля становится меньше плотности воды, и он остается на плаву.
Этот принцип можно наблюдать и в природе. Например, рыбы и морские млекопитающие используют свой плавательный пузырь или легкие, чтобы регулировать свою плотность и плавучесть. Таким образом, они могут легко подниматься или опускаться в воде, контролируя объем воздуха в своих телах.
Применение закона
Закон Архимеда, несмотря на его древние корни, продолжает играть ключевую роль в современных технологиях и инженерии. В частности, этот принцип лежит в основе проектирования и эксплуатации морских и подводных судов. Инженеры, создающие корабли, подводные лодки и платформы для добычи нефти и газа, учитывают плавучесть и устойчивость конструкции, опираясь на закон Архимеда, чтобы обеспечить безопасность и эффективность своих проектов.
В кораблестроении, например, форма и конструкция судна тщательно рассчитываются, чтобы максимизировать вытеснение воды и обеспечить достаточную подъемную силу. Это позволяет огромным контейнеровозам и круизным лайнерам, построенным из тяжелых материалов, оставаться на плаву и безопасно перевозить грузы и пассажиров по всему миру. Подводные лодки используют балластные танки, которые заполняются водой или воздухом, чтобы регулировать свою плотность и погружаться на нужную глубину или подниматься на поверхность.
Закон Архимеда также нашел свое применение в медицине. Одним из ярких примеров является гидростатическое взвешивание, используемое для точного измерения плотности и состава тела человека. В этом методе человек погружается в воду, и по объему вытесненной воды и изменению веса рассчитывается плотность тела, что позволяет оценить процентное содержание жира и мышечной массы. Этот метод широко используется в спортивной медицине и исследованиях по диетологии для мониторинга физического состояния и эффективности тренировок.
В науке и технике закон Архимеда используется в проектировании и эксплуатации гидравлических систем и оборудования, работающего под водой. Это включает в себя подводные роботы, которые исследуют океанские глубины, ремонтируют подводные трубопроводы и проводят научные исследования морских экосистем. Их плавучесть и маневренность напрямую зависят от точных расчетов на основе закона Архимеда.
Современные космические исследования также не обходятся без этого древнего принципа. Например, для тестирования космических аппаратов и оборудования в условиях невесомости используется метод параболического полета или нейтральной плавучести. В последнем случае астронавты тренируются в подводных бассейнах, где они могут имитировать условия невесомости, погружаясь и работая с оборудованием так, как будто они находятся в космосе. Это позволяет им отрабатывать действия и процедуры, необходимые для выполнения миссий на Международной космической станции и других космических объектах.
Закон Архимеда в природе
Закон Архимеда проявляется не только в инженерных конструкциях и научных экспериментах, но и в самой природе, играя важную роль в выживании и адаптации различных организмов. Одним из наиболее очевидных примеров являются рыбы, которые используют плавательный пузырь для регулирования своей плавучести и удержания определенной глубины в воде.
Плавательный пузырь, заполненный газом, позволяет рыбе изменять свой объем и, следовательно, свою плотность. Когда рыба хочет подняться ближе к поверхности, она увеличивает объем пузыря, что уменьшает ее среднюю плотность и помогает ей всплыть. Напротив, чтобы опуститься на глубину, рыба сжимает пузырь, увеличивая свою плотность. Этот механизм позволяет рыбам экономить энергию, не затрачивая силы на постоянное движение вверх или вниз.
Морские млекопитающие, такие как киты и дельфины, используют свои легкие для регулирования плавучести. Когда кит ныряет на большую глубину, он выдыхает, уменьшая объем своих легких и увеличивая плотность тела, что помогает ему погружаться. На поверхности он вновь наполняет легкие воздухом, что облегчает всплытие.
Некоторые морские обитатели, такие как медузы и морские звезды, обладают уникальными адаптациями, которые помогают им использовать закон Архимеда для передвижения и выживания. Медузы, например, изменяют свою форму, сокращая и расширяя тело, чтобы выталкивать воду и перемещаться в желаемом направлении.
Даже растения демонстрируют влияние закона Архимеда. Водные растения, такие как водоросли и лилии, часто имеют пустоты и воздушные карманы в своих структурах, что помогает им оставаться на плаву и получать необходимое количество солнечного света для фотосинтеза. Плавучие семена некоторых растений, таких как кокосовые орехи, могут путешествовать на большие расстояния по воде, благодаря своей способности плавать.
Закон Архимеда также играет важную роль в формировании экосистем и биологических процессов. Например, циркуляция питательных веществ в океанах и озерах зависит от плотностной стратификации воды, что влияет на вертикальное движение и смешивание слоев воды. Этот процесс обеспечивает доставку необходимых элементов для поддержания жизни в водных экосистемах.
Рубрика «Эксперимент»
Чтобы стать еще ближе с Архимедом вы можете провести дома несложный эксперимент, который еще лучше проиллюстрирует то, о чем он говорил
Что понадобится:
Два куриных яйца
Два стакана воды
Соль
Ложка
Процедура:
Налейте воду в оба стакана, заполнив их примерно на три четверти.
Положите одно яйцо в первый стакан с чистой водой. Обратите внимание, что яйцо утонет, так как его плотность больше плотности воды.
Во второй стакан добавьте несколько ложек соли и размешайте, пока соль полностью не растворится. Плотность соленой воды увеличится.
Положите второе яйцо в стакан с соленой водой. Теперь яйцо будет плавать на поверхности или медленно подниматься вверх, так как плотность соленой воды стала больше плотности яйца.
Слева — соленая вода, справа — свежая
Стремления к познанию
Открытие Архимеда стало краеугольным камнем для множества наук и технологий, от инженерии до медицины, от биологии до космонавтики. Понять и применить этот закон могут не только ученые, но и обычные люди в повседневной жизни.
Его закон плавучести объяснил множество явлений, которые раньше оставались загадкой, и позволил человечеству сделать значительный шаг вперед в научных знаниях. Применение этого закона в современной инженерии и технике позволяет нам строить сложные конструкции, исследовать морские глубины и даже подниматься в космос.
Архимедов закон учит нас, что наука не только о сложных формулах и теориях, но и о повседневных явлениях, которые мы можем наблюдать и объяснять. Закон Архимеда – это не просто научное открытие, это символ человеческой гениальности и стремления к познанию. Он показывает, что каждый из нас, наблюдая за миром вокруг и размышляя над увиденным, может сделать вклад в общее дело познания. И, возможно, в один прекрасный момент, как и великий Архимед, мы тоже воскликнем: «Эврика!».
Спасибо за прочтение! Материал взят из канала Prosto А были ли у вас истории, когда вы открывали для себя какой-то лайфхак, основываясь на повседневных и простых вещах? Я, например, недавно узнал, что можно не есть на ночь и нормально высыпаться