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§§第八章 阿基米德 免费阅读

阿基米德阿基米德(公元前287年―公元前212年)古希腊哲学家c数学家c物理学家出生于西西里岛的叙拉古阿基米德到过亚历山大里亚据说他住在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋抽水机后來阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大学者并且享有“力学之父”的美称阿基米德流传于世的数学著作有10余种多为希腊文手稿

中文名:阿基米德

别名:力学之父

职业:哲学家c数学家c物理学家

主要成就:几何体的表面积和体积的计算方法

代表作品:《论球和圆柱》c《论螺线》c《沙的计算》c《论图形的平衡》

简介

(前287年―前212年)伟大的古希腊哲学家c数学家c物理学阿基米德家出生于西西里岛的叙拉古阿基米德到过亚历山大里亚据说他住在亚历山大里亚时期发明了阿基米德式螺旋抽水机今天在埃及仍旧使用着第二次布匿战争时期罗马大军围攻叙拉古最后阿基米德不幸死在罗马士兵之手

阿基米德出生在希腊西西里岛东南端的叙拉古城在当时古希腊的辉煌文化已经逐渐衰退经济c文化中心逐渐转移到埃及的亚历山大城;但是另一方面意大利半岛上新兴的罗马帝国也正不断的扩张势力;北非也有新的国家迦太基兴起阿基米德就是生长在这种新旧势力交替的时代而叙拉古城也就成为许多势力的角力场所

阿基米德的父亲是天文学家和数学家所以他从小受家庭影响十分喜爱数学大概在他九岁时父亲送他到埃及的亚历山大城念书亚历山大城是当时世界的知识c文化中心学者云集举凡文学c数学c天文学c医学的研究都很发达阿基米德在这里跟随许多著名的数学家学习包括有名的几何学大师―欧几里德因此奠定了他日后从事科学研究的基础

科研教学

浮力原理的发现

关于浮力原理有这样一个的传说

相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠做好后国王疑心工匠在金冠中掺了假但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重到底工匠有沒有捣鬼呢既想检验真假又不能破坏王冠这个问題不仅难倒了国王也使诸大臣们面面相觑后來国王请阿基米德來检验最初阿基米德也是冥思苦想而不得要领一天他在家洗澡当他坐进澡盆里时看到水往外溢同时感到身体被轻轻托起他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法來确定金冠的比重他兴奋地跳出澡盆连衣服都顾不得跑了出去大声喊着“尤里卡尤里卡”(eureka意思是“我知道了”)

他经过了进一步的实验以后來到王宫他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里比较两盆溢出來的水发现放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大所以证明了王冠里掺进了其他金属

这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王阿基米德从中发现了浮力定律:物体在液体中所获得的浮力等于他所排出液体的重量一直到现代人们还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量等

一个支点举起地球

阿基米德对于机械的研究源自于他在亚历山大城求学时期有一天阿基米德在久旱的尼罗河边散步看到农民提水浇地相当费力经过思考之后他发明了一种利用螺旋作用在水管里旋转而把水杠杆原理吸上來的工具后世的人叫它做“阿基米德螺旋提水器”埃及一直到二千年后的现在还有人使用这种器械这个工具成了后來螺旋推进器的先祖当时的欧洲在工程和日常生活中经常使用一些简单机械譬如:螺丝c滑车c杠杆c齿轮等阿基米德花了许多时间去研究发现了“杠杆原理”和“力矩”的观念对于经常使用工具制作机械的阿基米德而言将理论运用到实际的生活上是轻而易举的他自己曾说:“给我一个支点我能撬动整个地球”

刚好海维隆王又遇到了一个棘手的问題:国王替埃及托勒密王造了一艘船因为太大太重船无法放进海里国王就对阿基米德说“你连地球都举得起來一艘船放进海里应该沒问題吧”于是阿基米德立刻巧妙地组合各种机械造出一架机具在一切准备妥当后将牵引机具的绳子交给国王国王轻轻一拉大船果然移动下水国王不得不为阿基米德的天才所折服从这个历史记载的故事里我们可以明显的知道阿基米德极可能是当时全世界对于机械的原理与运用了解最透彻的人

当代数学大师

对于阿基米德來说机械和物理的研究发明还只是次要的他比较有兴趣而且投注更多时间的是纯理论上的研究尤其是在数学和天文方面在数学方面他利用“逼近法”算出球面积c球体积c抛物线c椭圆面积后世的数学家依据这样的“逼近法”加以发展成近代的“微积分”他更研究出螺旋形曲线的性质现今的“阿基米德螺线”曲线就是为纪念他而命名另外他在《恒河沙数》一书中他创造了一套记大数的方法简化了记数的方式

阿基米德在他的著作《论杠杆》(可惜失传)中详细地论述了杠杆的原理有一次叙拉古国王对杠杆的威力表示怀疑他要求阿基米德移动载满重物和乘客的一般新三桅船阿基米德叫工匠在船的前后左右安装了一套设计精巧的滑车和杠杆阿基米德叫100多人在大船前面抓住一根绳子他让国王牵动一根绳子大船居然慢慢地滑到海中群众欢呼雀跃国王也高兴异常当众宣布:“从现在起我要求大家无论阿斯米德说什么都要相信他”阿基米德还曾利用抛物镜面的聚光作用把集中的阳光照射到入侵叙拉古的罗马船上让它们自己燃烧起來罗马的许多船只都被烧毁了但罗马人却找不到失火的原因900多年后有位科学家按史书介绍的阿基米德的方法制造了一面凹面镜成功地点着了距离镜子45米远的木头而且烧化了距离镜子42米远的铝所以许多科技史家通常都把阿基米德看成是人类利用太阳能的始祖

天文研究

他曾运用水力制作一座天象仪球面上有日c月c星辰c五大行星根据记载这个天象仪不但运行精确连何时会发生月蚀c日蚀都能加以预测晚年的阿基米德开始怀疑地球中心学说并猜想地球有可能绕太阳转动这个观念一直到哥白尼时代才被人们提出來讨论公元三世纪末正是罗马帝国与北非迦太基帝国为了争夺西西里岛的霸权而开战的时期身处西西里岛的叙拉古一直都是投靠罗马但是西元前216年迦太基大败罗马军队叙拉古的新国王(海维隆二世的孙子继任)立即见风转舵与迦太基结盟罗马帝国于是派马塞拉斯将军领军从海路和陆路同时进攻叙拉古阿基米德眼见国土危急护国的责任感促使他奋起抗敌于是他绞尽脑汁日以继夜的发明御敌武器

根据一些年代较晚的记载当时他造了巨大的起重机可以将敌人的战舰吊到半空中然后重重摔下使战舰在水面上粉碎;同时阿基米德也召集城中百姓手持镜子排成扇形将阳光聚焦到罗马军舰上烧毁敌人船只(不过电视节目流言终结者曾经针对这个传说做过实验结果认为这实际上几乎不可能成功);他还利用杠杆原理制造出一批投石机凡是靠近城墙的敌人都难逃他的飞石或标枪这些武器弄的罗马军队惊慌失措c人人害怕连大将军马塞拉斯都苦笑的承认:“这是一场罗马舰队与阿基米德一人的战争”c“阿基米德是神话中的百手巨人”

个人著述

阿基米德流传于世的数学著作有10余种多为希腊文手稿他的著作集中探讨了求积问題主要是曲边图形的面积和曲面立方体的体积其体例深受欧几里德《几何原本》的影响先是设立若干定义和假设再依次证明作为数学家他写出了《论球和圆柱》c《圆的度量》c《抛物线求积》c《论螺线》c《论锥体和球体》c《沙的计算》数学著作作为力学家他着有《论图形的平衡》c《论浮体》c《论杠杆》c《原理》等力学著作

其中《论球与圆柱》这是他的得意杰作包括许多重大的成就他从几个定义和公理出发推出关于球与圆柱面积体积等50多个命題《平面图形的平衡或其重心》从几个基本假设出发用严格的几何方证力学的原理求出若干平面图形的重心《数沙者》设计一种可以表示任何大数目的方法纠正有的人认为沙子是不可数的即使可数也无法用算术符号表示的错误看法《论浮体》讨论物体的浮力研究了旋转抛物体在流体中的稳定性阿基米德还提出过一个“群牛问題”含有八个未知数最后归结为一个二次不定方程其解的数字大得惊人共有二十多万位

《砂粒计算》是专讲计算方法和计算理论的一本著作阿基米德要计算充满宇宙大球体内的砂粒数量他运用了很奇特的想象建立了新的量级计数法确定了新单位提出了表示任何大数量的模式这与对数运算是密切相关的

《圆的度量》利用圆的外切与内接96边形求得圆周率π为:22/7>π>223/71这是数学史上最早的明确指出误差限度的π值他还证明了圆面积等于以圆周长为底c半径为高的等腰三角形的面积;使用的是穷举法

《球与圆柱》熟练地运用穷竭法证明了球的表面积等于球大圆面积的四倍;球的体积是一个圆锥体积的四倍这个圆锥的底等于球的大圆高等于球的半径阿基米德还指出如果等边圆柱中有一个内切球则圆柱的全面积和它的体积分别为球表面积和体积的在这部著作中他还提出了著名的“阿基米德公理”

《抛物线求积法》研究了曲线图形求积的问題并用穷竭法建立了这样的结论:"任何由直线和直角圆锥体的截面所包围的弓形(即抛物线)其面积都是其同底同高的三角形面积的三分之四"他还用力学权重方法再次验证这个结论使数学与力学成功地结合起來

《论螺线》是阿基米德对数学的出色贡献他明确了螺线的定义以及对螺线的面积的计算方法在同一著作中阿基米德还导出几何级数和算术级数求和的几何方法

阿基米德

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