Читать книгу "Архимед. Закон Архимеда - Эугенио Мануэль Фернандес Агиляр"

Архимед известен скорее в связи со своими машинами и техническими новшествами, чем с тем вкладом, который он внес в математику. Любопытно, что как раз о машинах, изобретение которых ему приписывается, он не написал ни строчки, по крайней мере мы об этом ничего не знаем. И тем не менее существует множество упоминаний о них в различных источниках, поэтому можно считать более-менее установленным фактом, что именно Архимед был их автором. Как уже говорилось, возможно, именно математики той эпохи уделяли наименьшее внимание технике, хотя ее развитие в античности шло довольно интенсивно.

Из рассказа об осаде Сиракуз становится ясно, что Архимед был очень талантливым механиком и инженером. Например, свои разработки в области рычага он использовал при конструировании и модернизации катапульты, а также в сложных системах блоков.

Сведения об изобретениях сиракузского мудреца не лишены мифологических и легендарных элементов: некоторые авторы даже рассказывают о применении им так называемых зажигательных зеркал, лучи которых смогли поджечь римский флот. Здесь мы еще раз обратимся к некоторым источникам, упомянутым в первой главе, чтобы привести библиографические ссылки на обсуждаемые механизмы.

АЛЕКСАНДРИЙСКИЕ МАШИНЫ

История инженерной мысли восходит к самим истокам возникновения человечества, если под инженерией понимать использование инструментов для улучшения человеческой жизни.

И все же именно ко времени Архимеда нам следует отнести начало научной инженерной деятельности, которая заключается в применении геометрических знаний к явлениям физического мира и в постройке различных механизмов. Филон Византийский (280-220 до н. э.) писал свои трактаты на койне, общегреческом диалекте того времени, чтобы его могли понять все интересующиеся специалисты. В своем труде «О метательных машинах» он анализирует устройство катапульты, исходя из веса метаемого снаряда и запасенной упругим элементом энергии. Герои Александрийский заимствовал некоторые идеи Архимеда, уточнив, к примеру, законы рычага и практически предвосхитив третий закон Ньютона — закон о действии и противодействии. Это привело к созданию им первой паровой турбины, известной как «эолипил» и состоявшей из закрытого шарообразного сосуда с двумя изогнутыми трубками: вырываясь из них, пар заставлял машину быстро вращаться. С практической точки зрения паровая машина Герона была всего лишь одним из модных автоматов той эпохи. Архимед же направил свои силы на математическое обоснование, необходимое для конструирования и постройки некоторых из подобных машин.

Видимо, Архимед использовал свой талант не только в военной области, но и в других сферах жизни: например, он сконструировал систему для подъема воды, известную теперь как архимедов винт, о которой мы еще поговорим.

АРХИМЕД В ФИЛАТЕЛИИ

Великих исторических деятелей часто увековечивают на изображениях почтовых марок, и Архимед — не исключение. Приведем несколько примеров таких марок.

А: Италия. Дата выпуска: май 1983 года. Хотя изображение на марке заявлено как бюст Архимеда из неаполитанского Национального музея, на самом деле это бюст Архидама III. Здесь же изображен архимедов винт. В: Греция. Дата выпуска: апрель 1983 года. Эта картинка — перерисовка ренессансной мозаики, посвященной смерти Архимеда. Однако лицо у известного ученого такое же, как и на итальянской марке. Обратите внимание на равноплечные весы, символизирующие закон Архимеда.

С: Сан-Марино. Дата выпуска: апрель 1982 года. Забавно, что и здесь мы видим все то же изображение царя Архидама III. В правом верхнем углу находятся геометрические фигуры, которые древнегреческий ученый велел выбить на своем надгробии.

D: Гвинея-Биссау. Дата выпуска: 2008 год. Лицо снова чужое, то же самое, что и на предыдущих марках. В глубине — астероид, названный именем Архимеда.

Е: Никарагуа. Дата выпуска: 1971 год. Марка посвящена закону рычага. F: Испания. Дата выпуска: 1963 год. Репродукция картины испанского художника Хосе де Риберы (1591-1652), хранящейся в музее Прадо в Мадриде.

Гигантская «сиракузия» и архимедов винт

Греческий писатель Афиней Навкратийский (ок. 200) рассказывает в своей книге «Пир мудрецов», что тиран Гиерон II поручил Архимеду спроектировать огромный корабль, около 55 м длиной, принимающий на борт до 600 человек. Судно получило имя «Сиракузия» в честь одноименного города, а его постройку и отделку приписывают Архию Коринфскому.

Что касается корабля, построенного Гиероном, тираном Сиракуз, за изготовлением которого следил Архимед, то я не могу обойти его молчанием, ведь человек по имени Мосхион написал следующее:«[...]».

Афиней о постройке «Сирлкузии». Далее в тексте детально описываются характеристики корабля.

«Сиракузия» отличалась такими размерами, что вмещала декоративные сады, палестру, библиотеку и храм, посвященный богине Афродите. Когда корабль с грузом зерна был послан в качестве подарка египетскому царю Птолемею III, его название изменили на «Александрию». «Сиракузию» можно назвать « Титаником» древности, ведь ее масса составляла от 1600 до 1800 т. Это был самый большой корабль того времени, о котором нам известно, — судно, поистине гигантское для своей эпохи. В источниках остались сведения и о спуске корабля на воду, наряду с описанием других машин, построенных Архимедом, например катапульты. Размеры судна заставляли задуматься о том, как удалять из него воду, попавшую внутрь. Говорят, что именно для этого Архимед придумал свой знаменитый архимедов винт: «И хотя трюм был невероятно глубоким, но благодаря винту откачивать воду можно было силами одного человека, и это устройство было находкой Архимеда».

Возможно, винт на самом деле и не был изобретением Архимеда, ведь очень хорошо известно, насколько важное место занимала вода в жизни древних греков. Многие философы считали ее первоначалом всех вещей, в греческом пантеоне существовало множество связанных с водой богов. Морскими путями пользовались ежедневно для связей между городами и народами.

АРХИМЕД И РАЗВИТИЕ СУДОСТРОЕНИЯ

Пока Архимед не написал своего трактата «О плавающих телах», мало кто понимал, что, собственно, означает «плавать». Как оказалось, ключевым моментом в плавании тела является его плотность, а не вес. Трактат Архимеда послужил отправной точкой для развития теории судостроения. Во второй части трактата рассматривается равновесие в воде параболоидов — геометрических фигур, очень близких к обводам подводной части корабля. Долгое время суда строились исключительно из дерева, но потом стали использоваться и другие материалы, плотность которых превышает плотность воды: огромные корабли с корпусами из стали плавают на поверхности, несмотря на то что удельный вес этого металла явно выше удельного веса воды. Ведь кусок железа, брошенный в воду, тут же тонет. Каким же образом удается кораблю держаться на поверхности, если железо тяжелей воды? Ответ на данный вопрос заключен в самом строении корабля: надо учитывать, что в корабле есть пустоты, заполненные воздухом, из-за чего его средняя плотность получается меньше плотности воды. Вот почему корабль тонет, если место воздуха занимает вода. Именно это и случилось, например, со знаменитым «Титаником» в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года. Гигантское судно длиной 270 м, на котором находилось более 3500 человек, не смогло избежать столкновения с айсбергом и получило большую пробоину в борту, куда тут же хлынула вода. Чтобы предотвратить подобные трагедии, судостроительные верфи часто выпускают корабли с двойным корпусом (особенно это касается нефтеналивных танкеров), делая их менее уязвимыми в случае крушения.