アルキメデスの法則。科学的発見の歴史と本質

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アルキメデスの法則。科学的発見の歴史と本質

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アルキメデス (紀元前 287 年 - 紀元前 212 年) はギリシャの都市シラクサで生まれ、生涯のほとんどをそこで過ごしました。彼の父は、ヒエロン市の支配者の宮廷天文学者であったフィディアスでした。アルキメデスは、他の多くの古代ギリシャの科学者と同様に、エジプトの支配者であるプトレマイオスが最高のギリシャの科学者と思想家を集めたアレクサンドリアで研究し、有名な世界最大の図書館を設立しました.

アレクサンドリアで勉強した後、アルキメデスは再びシラキュースに戻り、父親の地位を継承しました。

理論的に言えば、この偉大な科学者の研究は素晴らしいものでした。アルキメデスの主な著作は、数学 (幾何学)、物理学、流体静力学、力学のさまざまな実践的な応用に関するものでした。アルキメデスは、著書「求積放物線」の中で、放物線セグメントの面積を計算する方法を実証しました。彼はこれを積分計算の発見の XNUMX 年前に実行しました。アルキメデスは、「円の測定について」という著作の中で、最初に「円周率と直径の比」という数値「円周率」を計算し、それがどの円でも同じであることを証明しました。私たちは、アルキメデスによって発明された整数の命名システムを今でも使用しています。

地球の周りの天体の動きを示すモデルである「アルキメデスの球」を見た古代の偉大な雄弁家キケロの評は興味深いものです：「このシチリア人は、人間の本性では達成できないと思われる天才を持っていました」。」

アルキメデスは、当時知られていた「単純なメカニズム」と呼ばれる XNUMX つのメカニズムの理論をテストし、作成しました。これらはレバー（「支点をください」とアルキメデスは言いました、「そうすれば地球を動かします」）、くさび、ブロック、エンドレススクリュー、ウインチです。

しかし、アルキメデスはまた、物体には形状や寸法以上のものがあることも知っていました。物体は、物体を前方に動かしたりバランスをとったりする特定の力の作用下で動く、動くことができる、または静止したままでいることです。偉大なシラクサ人はこれらの力を研究し、数学の新しい分野を発明しました。そこでは、幾何学的形状に還元された物質体が同時に重力を保持します。このウェイトジオメトリは、合理的な力学、静力学、および静水力学です。

アルキメデスは、浮体についての著書で静水力学の教義を発展させました。科学者は次のように述べています。液体がどの容器にも封入されておらず、他の何かによって圧迫されていない場合にのみ、垂直線に沿ってその上にある液体。この立場に基づいて、アルキメデスは、上記の仮説を使用して、次の「結果」が完全に説明されることを数学的に証明します。

「1) 液体と同じ重さの物体をこの液体に沈め、その一部が液体の表面からはみ出さないように浸し、下に移動しないようにする。

2) 液体よりも軽い物体は、この液体に沈められますが、完全には沈みませんが、その一部は液体の表面の上に残ります。

3) 液体よりも軽い物体をこの液体に沈め、その物体 (物体の一部) に対応する液体の体積が物体全体の重量と等しい重量になるようにします。

4) 液体よりも軽い物体を強制的にこの液体に降ろすと、物体と同じ体積の液体がこの物体よりも重くなる重量に等しい力で押し上げられます。

5) 液体よりも重い物体をこの液体に浸すと、底まで沈み、液体中では、浸された物体の体積と同じ体積の液体の重さだけ軽くなります。

パラグラフ5には、実際、アルキメデスのよく知られた法則が含まれており、その発見により、伝説によれば、彼はシラクーサ王ヒエロンの王冠の構成を検証することができました。アルキメデスの法則の最初の実用化についての有名な物語は、古代ローマの作家ウィトルウィウスの作品「建築について」で与えられています。

「...彼の発見に基づいて、彼は王冠と同じ重さのXNUMXつのインゴットを作ったと言われています.XNUMXつは金で、もうXNUMXつは銀です.銀のインゴットを下げた. これは、インゴットのどのくらいが容器に浸されたか、対応する量の水が流出した. インゴットを取り出して、彼はそのような量の水を容器に注ぎました.そこでは、注がれた水をセクスタリウムで測定し、以前と同じように、容器が水でいっぱいになるようにしました。

そのような検査を行った後、彼は同じように金のインゴットを完全な容器に降ろしました。次に、それを取り出して、こぼれた水の量を同じ量で加えたところ、水のセクスタリーの数が少ないことに基づいて、銀のインゴットに比べて金のインゴットが占める体積がどれだけ少ないかがわかりました。同じ重さの。その後、容器を満たし、王冠を同じ水に沈めたところ、同じ重さの金塊を浸したときよりも王冠を浸したときの方が、より多くの水が流出することがわかりました。したがって、金のインゴットよりも王冠の方が多くの水が置換されたという結論に基づいて、彼は金に銀が混ざっていることを発見し、供給者の明らかな盗難を発見しました。

「この話では、」Ya.G. Dorfman は次のように述べています。いずれにせよ、このアルキメデスの顕著な発見は、製品の完全性に違反することなく、化学組成の制御と分析に物理的測定方法を初めて適用したことを示していることに注意する必要があります。この種の一般的な注目を集める方法が他になく、その後の何世紀にもわたってさらなる研究と実用化の対象となった時代.

どうやら、アルキメデス自身は、説明されている半定性的な実験にとどまらず、より正確な定量的測定に移りました。 81 世紀のアラビア語作品「知恵の天秤の書」の著者であるアル・ハジニは、ローマ皇帝ドミティアヌス (96 年 -アルキメデスは、その繊細な構造のおかげで、王冠の形を乱すことなく、王冠に含まれる金と銀の量を決定することを可能にする機械的な装置を発明した. " Al-Khazini は、可動荷重を備えた「アルキメデスの天秤」の構造図も示しています。

この装置で前述のインゴットの重量を水中で比較することで、アルキメデスは可動重りの助けを借りて金と銀の比重の数値比を決定することができました。同様に、彼は王冠に含まれる金と銀の相対的な量を確立することができました (これら XNUMX つの金属が王冠の組成に含まれていれば)」.

XNUMX世紀、アレクサンドリアの有名な科学者ヒュパティアの学生であったキレネのシネシウスは、アルキメデスの原理に基づいて、液体の比重を測定するための比重計「ハイドロスコープ」を発明しました。青銅製の装置には切り込みがあった。どうやらこの装置は、さまざまな液体の比重表を作成するために使用されたようです。残念ながら、そのようなテーブルは私たちに届いていません。

著者: サミン D.K.

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