Закон Архимеда. Легенда о короне

Все мы любим плескаться в ванне, плавать в речке или море. Попадая в объятия воды, неплохо бы знать, как она действует на нас, да и вообще на все, что в нее попадает.

Архимед

Пытливые умы задумывались об этом еще в древние времена. Самый дотошный из них жил во II в. до н. э. в городе Сиракузы, что находился на острове Сицилия. Сейчас там живут итальянцы, а раньше остров принадлежал грекам. Одного из них звали Архимедом. Как-то раз правитель Сиракуз Гиерон попросил его выяснить, из чистого ли золота сделана царская корона или жулик-ювелир подмешивал в нее более дешевый металл. Архимеду было запрещено плавить корону или разрезать ее. Это заставило его искать иные пути решения.

Итак, Архимеду потребовалось рассчитать плотность металла, из которого была сделана корона. Сравнив плотность чистого золота с полученной величиной, он мог бы ответить на вопрос Гиерона. Легенда рассказывает нам о том, что однажды Архимед окунулся в ванную, увидел, как его тело вытесняет воду, и его осенило, что в этом и кроется ответ. Если опустить корону в воду, она вытеснит ровно такой объем воды, какой имеет сама. Поделив массу короны на ее объем, можно узнать ее плотность. Эврика!

На этом рисунке показано, как Архимед решил задачу с короной. Решение оказалось настолько простым, что ученый даже воскликнул: «Эврика!» Если бы корона была сделана из чистого золота, то выталкивающая ее из воды сила была бы такой же, как и у куска чистого золота того же веса. Но корона вытеснила больше воды, чем слиток золота, значит, ее должна выталкивать большая сила. Стало быть, корона сделана из менее плотного и более дешевого сплава.

Тело, погруженное в жидкость, теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость

Метод гидростатического взвешивания, как сказали бы в наши дни, показал, что коварного Гиерона действительно хотели обмануть. Плотность короны свидетельствовала о том, что она была сделана из сплава серебра и золота.

Закон Архимеда верен и для газов. То есть каждое тело в воздухе теряет в весе столько, сколько весит вытесненный телом воздух. Намного ли мы легче по этой причине, чем на самом деле?

Почему предметы плавают?

Архимед не оставил этой загадки и решил разобраться во всем до конца. Примерно в 250 году до н.э. он написал труд «О плавающих телах», в котором утверждал: «Любое плавающее тело вытесняет воду соответственно того, сколько весит само».

Более полная версия этого утверждения в настоящее время носит название гидростатического закона Архимеда, который гласит: «На тело, погруженное в воду, действует сила выталкивания соответственно весу этого тела и вытесненной им воды». Если тело может полностью погрузиться под воду, но не лечь на дно, значит, вес вытесненной воды равен весу самого тела, и оно будет плавать под водой. (Плотность такого тела равна плотности воды.) Если вес тела будет больше веса вытесняемой воды, то тело утонет. Силы выталкивания будет недостаточно, чтобы противостоять силе тяжести (иначе называемой весом). Если же вес тела меньше веса вытесняемой им воды (т.е. плотность тела меньше плотности воды), тело будет плавать на поверхности воды. Вполне очевиден вывод, что движение тела в воде (или его отсутствие в случае нейтральной плавучести) является результатом действия противоположно направленных сил. В полной мере ценность этой идеи людям еще только предстоит оценить.

Закон Архимеда с позиций атомно-молекулярного строения вещества

В покоящейся жидкости давление производится посредством ударов движущихся молекул. Когда некий объем жидкости вымещается твердым телом, направленный вверх импульс ударов молекул будет приходиться не на вытесненные телом молекулы жидкости, а на само тело, чем и объясняется давление, оказываемое на него снизу и выталкивающее его в направлении поверхности жидкости. Если же тело погружено в жидкость полностью, выталкивающая сила будет по-прежнему действовать на него, поскольку давление нарастает с увеличением глубины, и нижняя часть тела подвергается большему давлению, чем верхняя, откуда и возникает выталкивающая сила. Таково объяснение выталкивающей силы на молекулярном уровне.

Поделиться ссылкой

история потрясающего открытия. – Это интересно!

Объем денежных переводов, совершаемых с помощью https://koronapay.com/, подсчитать довольно просто: достаточно сложить все суммы переводов за интересующий период времени. Все было бы намного сложнее, если бы переводы имели форму – например, узорной короны из золота.

Именно такую задачу пришлось решать много веков назад величайшему ученому Древней Греции Архимеду. Он жил в те времена, когда на троне восседал Гиерон, царь Сиракуз. Как все владыки, он любил символы власти, и, конечно же, у него была собственная золотая корона, выполненная мастером-ювелиром.

По какой причине Гиерон начал сомневаться в чистоте золота в своем головном уборе, сказать сложно: возможно, конкуренты мастера нашептали, что он не чист на руку, а может это была обычная царская паранойя. Факт в том, что владыка повелел Архимеду во что бы то ни стало выяснить, нет ли в золоте, из которого изготовлен венец, примесей.

На момент событий единственным подходящим способом решить царскую задачу было переплавить корону в кирпич и вычислить его плотность, умножив массу на объем, а затем сопоставить с аналогичным слитком золота. По очевидным причинам сделать этого Архимед не мог и стал думать над вариантами решения.

Долгие размышления порядком утомили ученого, и он решил поступить, как все обычные люди: набрал воды в ванну, чтобы лечь и расслабиться. Пока ванна наполнялась, великий грек предавался своим размышлениям и допустил небольшую оплошность, налив ванну до краев. Но именно эта оплошность стала причиной гениального открытия. Тело Архимеда вытеснило воду, и она полилась на пол, причем вылился ровно тот объем воды, который соответствовал объему тела грека. Вот тогда-то и прозвучало знаменитое «Эврика!», тогда и было найдено решение задачи Гиерона.

Надо ли говорить, что следующей «принимать ванну» отправилась царская корона. Несложные подсчеты по только что открытой формуле позволили аргументированно утверждать: ювелир и впрямь был пройдохой и подменил часть золота менее ценным металлом.

Ушли в прошлое времена царей, ставивших задачи ученым, но в Греции до сих пор можно найти настоящую Золотую Корону. Одноименный сервис денежных переводов помогает осуществлять отправку и получение средств жителям этой благословенной страны и позволяет совершать открытия путешественникам и туристам, которые едут сюда со всех уголков земного шара. Отправить денежный перевод в Грецию можно в любое удобное для вас время онлайн с сайта сервиса или с помощью мобильного приложения: в этом случае перевод с конвертацией будет производиться по тарифу 0%. А воспользоваться услугами «Золотой Короны» в Греции можно в любом из 98 пунктов партнеров системы.

Сказка об учёном Архимеде, который стоил целой армии

Другие научные сказки Ник. Горькавого печатались в журнале «Наука и жизнь» в 2010—2013 годах.

Доменико Фетти. Архимед размышляет. 1620 год. Картина из Галереи старых мастеров, Дрезден.

Эдуард Вимон. Смерть Архимеда. 1820-е годы.

Гробница Архимеда в Сиракузах. Фото: Codas2.

Остров Ортигия, исторический центр Сиракуз, родного города Архимеда. У этих берегов Архимед сжёг и потопил римские галеры. Фото: Marcos90.

Греческий театр в Сиракузах. Фото: Victoria|photographer_location_London, UK.

Архимед переворачивает Землю с помощью рычага. Старинная гравюра. 1824 год.

Шар, вписанный в цилиндр. Автор иллюстрации Андре Карвас.

Изображение Архимеда на золотой медали Филдса — высшей награде среди математиков. Надпись на латыни: «Transire suum pectus mundoque potiri» — «Превзойти свою человеческую ограниченность и покорить Вселенную». Фото Стефана Захова.

‹

›

Каждая новая сказка писателя и астрофизика, доктора физико-математических наук Николая Николаевича Горькавого (Ник. Горькавого) — это рассказ о том, как совершались важные открытия в той или иной области науки. И неслучайно героями его научно-популярных романов и сказок стали принцесса Дзинтара и её дети — Галатея и Андрей, ведь они из породы тех, кто стремится «всё знать». Истории, рассказанные Дзинтарой детям, вошли в сборник «Звёздный витамин». Он оказался таким интересным, что читатели потребовали продолжения. Предлагаем вам ознакомиться с некоторыми сказками из будущего сборника «Создатели времён». Перед вами — первая публикация.

Величайший учёный античного мира древнегреческий математик, физик и инженер Архимед (287—212 годы до н.э.) был родом из Сиракуз — греческой колонии на самом большом острове Средиземноморья — Сицилии. Древние греки, создатели европейской культуры, поселились там почти три тысячи лет назад — в VIII веке до нашей эры, и к моменту рождения Архимеда Сиракузы были процветающим культурным городом, где жили свои философы и учёные, поэты и ораторы.

Каменные дома горожан обступали дворец царя Сиракуз Гиерона II, высокие стены защищали город от врагов. Жители любили собираться на стадионах, где состязались бегуны и метатели диска, и в банях, где не просто мылись, а отдыхали и обменивались новостями.

В тот день в банях на главной площади города было шумно — смех, крики, плеск воды. Молодёжь плавала в большом бассейне, а люди почтенного возраста, держа в руках серебряные кубки с вином, вели неспешную беседу на удобных ложах. Солнце заглядывало во внутренний дворик бань, освещая проём двери, ведущей в отдельную комнату. В ней, в небольшом бассейне, похожем на ванну, сидел в одиночестве человек, который вёл себя совсем не так, как другие. Архимед — а это был именно он — прикрыл глаза, но по каким-то неуловимым признакам было видно, что человек этот не спит, а напряжённо думает. В последние недели учёный настолько углубился в свои мысли, что часто забывал даже про еду и домашним приходилось следить, чтобы он не остался голодным.

Началось с того, что царь Гиерон II пригласил Архимеда к себе во дворец, налил ему лучшего вина, спросил про здоровье, а потом показал золотую корону, изготовленную для правителя придворным ювелиром.

— Я не разбираюсь в ювелирном деле, но разбираюсь в людях, — сказал Гиерон. — И думаю, что ювелир меня обманывает.

Царь взял со стола слиток золота.

— Я дал ему точно такой же слиток, и он сделал из него корону. Вес у короны и слитка одинаковый, мой слуга проверил это. Но меня не оставляют сомнения, не подмешано ли в корону серебро? Ты, Архимед, самый великий учёный Сиракуз, и я прошу тебя это проверить, ведь, если царь наденет фальшивую корону, над ним будут смеяться даже уличные мальчишки…

Правитель протянул корону и слиток Архимеду со словами:

— Если ты ответишь на мой вопрос, то оставишь золото себе, но я всё равно буду твоим должником.

Архимед взял корону и слиток золота, вышел из царского дворца и с тех пор потерял покой и сон. Уж если он не сможет решить эту задачу, то и никто не сможет. Действительно, Архимед был самым известным учёным Сиракуз, учился в Александрии, дружил с главой Александрийской библиотеки, математиком, астрономом и географом Эратосфеном и другими великими мыслителями Греции. Архимед прославился множеством открытий в математике и геометрии, заложил основы механики, на его счету несколько выдающихся изобретений.

Озадаченный учёный пришёл домой, положил корону и слиток на чаши весов, поднял их за середину и убедился, что вес у обоих предметов одинаковый: чаши покачивались на одном уровне. Плотность чистого золота была Архимеду известна, предстояло узнать плотность короны (вес, делённый на объём). Если в короне есть серебро, её плотность должна быть меньше плотности золота. А раз веса` короны и слитка совпадают, то объём фальшивой короны должен быть больше объёма золотого слитка. Объём слитка измерить можно, но как определить объём короны, в которой столько сложных по форме зубцов и лепестков? Вот эта проблема и мучила учёного. Он был прекрасным геометром, например, решил сложную задачу — определение площади и объёма шара и описанного вокруг него цилиндра, но как найти объём тела сложной формы? Нужно принципиально новое решение.

В баню Архимед пришёл, чтобы смыть с себя пыль жаркого дня и освежить уставшую от размышлений голову. Обычные люди, купаясь в бане, могли болтать и жевать инжир, а Архимеда мысли о нерешённой задаче не оставляли ни днём, ни ночью. Его мозг искал решение, цепляясь за любую подсказку.

Архимед снял хитон, положил его на лавку и подошёл к маленькому бассейну. Вода плескалась в нём на три пальца ниже края. Когда учёный погрузился в воду, её уровень заметно поднялся, и первая волна даже выплеснулась на мрамор пола. Учёный прикрыл глаза, наслаждаясь приятной прохладой. Мысли об объёме короны привычно кружились в голове.

Вдруг Архимед почувствовал, что случилось что-то важное, но не мог понять — что. Он с досадой открыл глаза. Со стороны большого бассейна доносились голоса и чей-то горячий спор — кажется, о последнем законе правителя Сиракуз. Архимед замер, пытаясь осознать, что же всё-таки произошло? Он осмотрелся вокруг: вода в бассейне не доставала до края всего на один палец, а ведь когда он входил в воду, уровень её был ниже.

Архимед встал и вышел из бассейна. Когда вода успокоилась, она вновь оказалась на три пальца ниже края. Учёный снова забрался в бассейн — вода послушно поднялась. Архимед быстро оценил размер бассейна, вычислил его площадь, потом умножил на изменение уровня воды. Получилось, что объём воды, вытесненной его телом, равен объёму тела, если принять, что плотности воды и человеческого тела почти одинаковы и каждый кубический дециметр, или кубик воды со стороной в десять сантиметров, можно приравнять к килограмму веса самого учёного. Но при погружении тело Архимеда потеряло в весе и плавало в воде. Каким-то таинственным образом вода, вытесненная телом, отобрала у него вес…

Архимед понял, что он на верном пути, — и вдохновение понесло его на своих могучих крыльях. Можно ли применить найденный закон об объёме вытесненной жидкости к короне? Конечно! Надо опустить корону в воду, измерить увеличение объёма жидкости, а потом сравнить с объёмом воды, вытесняемой золотым слитком. Задача решена!

Согласно легенде, Архимед с победным криком «Эврика!», что значит по-гречески «Нашёл!», выскочил из бассейна и, забыв надеть хитон, помчался домой. Надо было срочно проверить своё решение! Он бежал по городу, а жители Сиракуз приветственно махали ему руками. Всё-таки не каждый день открывается важнейший закон гидростатики и не каждый день можно увидеть голого человека, бегущего по центральной площади Сиракуз.

На следующий день царю доложили о приходе Архимеда.

— Я решил задачу, — сказал учёный. — В короне действительно много серебра.

— Как ты это узнал? — поинтересовался правитель.

— Вчера, в банях, я догадался, что тело, которое погружается в бассейн с водой, вытесняет объём жидкости, равный объёму самого тела, и теряет при этом в весе. Вернувшись домой, я провёл множество опытов с чашами весов, погружёнными в воду, и доказал, что тело в воде теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Поэтому человек может плавать, а золотой слиток — нет, но всё равно в воде он весит меньше.

— И как же это доказывает наличие серебра в моей короне? — спросил царь.

— Вели принести чан с водой, — попросил Архимед и достал весы. Пока слуги тащили чан в царские покои, Архимед положил на весы корону и слиток. Они уравновесили друг друга.

— Если в короне есть серебро, то объём короны больше, чем объём слитка. Значит, при погружении в воду корона потеряет в весе больше и весы изменят своё положение, — сказал Архимед и осторожно погрузил обе чаши весов в воду. Чаша с короной немедленно поднялась вверх.

— Ты поистине великий учёный! — воскликнул царь. — Теперь я смогу заказать себе новую корону и проверить — настоящая она или нет.

Архимед спрятал в бороде усмешку: он понимал, что закон, открытый им накануне, гораздо ценнее тысячи золотых корон.

Закон Архимеда остался в истории навсегда, им пользуются при проектировании любых кораблей. Сотни тысяч судов бороздят океаны, моря и реки, и каждое из них держится на поверхности воды благодаря силе, открытой Архимедом.

Когда Архимед состарился, его размеренные занятия наукой неожиданно закончились, впрочем как и спокойная жизнь горожан, — быстро растущая Римская империя решила завоевать плодородный остров Сицилию.

В 212 году до н.э. огромный флот галер, набитых римскими воинами, подошёл к острову. Преимущество в силе римлян было очевидным, и командующий флотом нисколько не сомневался, что Сиракузы будут захвачены очень быстро. Но не тут-то было: стоило галерам подойти к городу, как со стен ударили мощные катапульты. Они бросали тяжёлые камни так точно, что галеры захватчиков разлетались в щепки.

Римский полководец не растерялся и скомандовал капитанам своего флота:

— Подойдите к самым стенам города! На близком расстоянии катапульты будут нам не страшны, а лучники смогут прицельно стрелять.

Когда флот с потерями прорвался к городским стенам и приготовился его штурмовать, римлян ждал новый сюрприз: теперь уже лёгкие метательные машины забросали их градом ядер. Спускаемые крюки мощных подъёмных кранов цепляли римские галеры за носы и поднимали их в воздух. Галеры переворачивались, падали вниз и тонули.

Знаменитый историк древности Полибий писал о штурме Сиракуз: «Римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузцев одного старца». Этим старцем был Архимед, который сконструировал метательные машины и мощные подъёмные краны для защиты города.

Быстрый захват Сиракуз не получился, и римский полководец дал команду отступить. Сильно поредевший флот отошёл на безопасное расстояние. Город стойко держался благодаря инженерному гению Архимеда и мужеству горожан. Лазутчики донесли римскому полководцу имя учёного, который создал столь неприступную оборону. Полководец решил, что после победы нужно заполучить Архимеда как самый ценный военный трофей, ведь он один стоил целой армии!

День за днём, месяц за месяцем мужчины дежурили на стенах, стреляли из луков и заряжали катапульты тяжёлыми камнями, которые, увы, не достигали цели. Мальчишки подносили солдатам воду и еду, но воевать им не давали — малы ещё!

Архимед был стар, он, как и дети, не мог стрелять из лука так далеко, как молодые и сильные мужчины, но у него был могучий мозг. Архимед собрал мальчишек и спросил их, показывая на вражеские галеры:

— Хотите уничтожить римский флот?

— Мы готовы, говори, что делать!

Мудрый старец объяснил, что придётся серьёзно поработать. Он велел каждому мальчишке взять большой медный лист из уже приготовленной стопы и положить его на ровные каменные плиты.

— Каждый из вас должен отполировать лист так, чтобы он сиял на солнце, как золотой. И тогда завтра я покажу вам, как потопить римские галеры. Работайте, друзья! Чем лучше вы сегодня отполируете медь, тем легче нам будет завтра воевать.

— А мы сами будем воевать? — спросил маленький кудрявый мальчуган.

— Да, — твёрдо сказал Архимед, — завтра вы все будете на поле боя наравне с воинами. Каждый из вас сможет совершить подвиг, и тогда о вас будут складывать легенды и песни.

Трудно описать энтузиазм, который охватил мальчишек после речи Архимеда, и они энергично взялись надраивать свои медные листы.

Назавтра, в полдень, солнце обжигающе пылало в небе, а римский флот неподвижно стоял на якорях на внешнем рейде. Деревянные борта вражеских галер разогрелись на солнце и сочились смолой, которую использовали для защиты кораблей от протечек.

На крепостных стенах Сиракуз, там, куда не доставали вражеские стрелы, собрались десятки подростков. Перед каждым из них стоял деревянный щит с отполированным медным листом. Опоры щита были сделаны так, что лист меди можно было легко поворачивать и наклонять.

— Вот сейчас мы и проверим, как хорошо вы отполировали медь, — обратился к ним Архимед. — Надеюсь, все умеют пускать солнечные зайчики?

Архимед подошёл к маленькому кудрявому мальчику и сказал:

— Поймай своим зеркалом солнце и направь солнечный зайчик в середину борта большой чёрной галеры, как раз под мачтой.

Мальчишка бросился выполнять указание, а воины, столпившиеся на стенах, удивлённо переглянулись: что ещё затеял хитрец Архимед?

Учёный остался доволен результатом — на боку чёрной галеры появилось световое пятно. Тогда он обратился к остальным подросткам:

— Наведите свои зеркала в то же место!

Заскрипели деревянные опоры, загремели медные листы — стая солнечных зайчиков сбежалась к чёрной галере, и её бок стал наливаться ярким светом. На палубы галер высыпали римляне — что происходит? Вышел главнокомандующий и тоже уставился на сверкающие зеркала на стенах осаждённого города. Боги Олимпа, что ещё придумали эти упрямые сиракузцы?

Архимед инструктировал своё воинство:

— Не спускайте глаз с солнечных зайчиков — пусть они всё время будут направлены в одно место.

Не прошло и минуты, как от сияющего пятна на борту чёрной галеры повалил дым.

— Воды, воды! — закричали римляне. Кто-то бросился черпать забортную воду, но дым быстро сменился пламенем. Сухое просмолённое дерево прекрасно горело!

— Переведите зеркала на соседнюю галеру справа! — скомандовал Архимед.

Считаные минуты — и соседняя галера тоже занялась огнём. Римский флотоводец вышел из оцепенения и приказал сниматься с якоря, чтобы отойти подальше от стен проклятого города с его главным защитником Архимедом.

Сняться с якорей, посадить гребцов на вёсла, развернуть огромные корабли и отвести их в море на безопасное расстояние — дело не быстрое. Пока римляне суматошно бегали по палубам, задыхаясь от удушливого дыма, юные сиракузцы переводили зеркала на новые корабли. В суматохе галеры подходили друг к другу так близко, что огонь перекидывался с одного судна на другое. Спеша отплыть, некоторые корабли развернули паруса, которые, как оказалось, горели ничуть не хуже смоляных бортов.

Вскоре сражение было окончено. На рейде догорало множество римских кораблей, а остатки флота отступили от стен города. Среди юного воинства Архимеда потерь не было.

— Слава великому Архимеду! — кричали восхищённые жители Сиракуз и благодарили и обнимали своих детей. Могучий воин в блестящих доспехах крепко пожал руку кудрявому мальчику. Его маленькая ладонь была покрыта кровавыми мозолями и ссадинами от полировки медного листа, но он даже не поморщился при рукопожатии.

— Молодец! — уважительно сказал воин. — Этот день сиракузцы запомнят надолго.

Прошло два тысячелетия, а этот день остался в истории, и запомнили его не только сиракузцы. Жители разных стран знают удивительную историю о сожжении Архимедом римских галер, но он один ничего бы не сделал без своих юных помощников. Кстати, совсем недавно, уже в ХХ веке нашей эры, учёные провели эксперименты, которые подтвердили полную работоспособность древнего «сверхоружия», изобретённого Архимедом для защиты Сиракуз от захватчиков. Хотя есть историки, считающие это легендой…

— Эх, жаль, меня там не было! — воскликнула Галатея, внимательно слушавшая вместе с братом вечернюю сказку, которую рассказывала им мать — принцесса Дзинтара. Та продолжила читать книгу:

— Потеряв надежду захватить город с помощью оружия, римский полководец прибег к старому испытанному способу — подкупу. Он нашёл в городе предателей, и Сиракузы пали. Римляне ворвались в город.

— Найдите мне Архимеда! — приказал командующий. Но солдаты, опьянённые победой, плохо понимали, чего он от них хочет. Они врывались в дома, грабили и убивали. Один из воинов выбежал на площадь, где работал Архимед, рисуя на песке сложную геометрическую фигуру. Солдатские башмаки затоптали хрупкий рисунок.

— Не тронь моих чертежей! — грозно сказал Архимед.

Римлянин не узнал учёного и в гневе ударил его мечом. Так погиб этот великий человек.

Известность Архимеда была столь велика, что книги его часто переписывали, благодаря чему ряд трудов сохранился до нашего времени, несмотря на пожары и войны двух тысячелетий. История дошедших до нас книг Архимеда нередко была драматической. Известно, что в XIII веке какой-то невежественный монах взял книгу Архимеда, написанную на прочном пергаменте, и смыл формулы великого учёного, чтобы получить чистые страницы для записи молитв. Прошли века, и этот молитвенник попал в руки других учёных. Они с помощью сильной лупы исследовали его страницы и различили следы стёртого драгоценного текста Архимеда. Книга гениального учёного была восстановлена и напечатана большим тиражом. Теперь она уже никогда не исчезнет.

Архимед был настоящим гением, сделавшим множество открытий и изобретений. Он опередил своих со-временников даже не на века — на тысячелетия.

В книге «Псаммит, или Исчисление песчинок» Архимед пересказал смелую теорию Аристарха Самосского, согласно которой в центре мира расположено большое Солнце. Архимед писал: «Аристарх Самосский … полагает, что неподвижные звёзды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности около Солнца, находящегося в его центре…» Архимед считал гелиоцентрическую теорию Самосского убедительной и использовал её, чтобы оценить размеры сферы неподвижных звёзд. Учёный даже построил планетарий, или «небесную сферу», где можно было наблюдать движение пяти планет, восход солнца и луны, её фазы и затмения.

Правило рычага, которое открыл Архимед, стало основой всей механики. И хотя рычаг был известен до Архимеда, он изложил его полную теорию и успешно применил её на практике. В Сиракузах он в одиночку спустил на воду новый многопалубный корабль царя Сиракуз, используя хитроумную систему блоков и рычагов. Именно тогда, оценив всю мощь своего изобретения, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир».

Неоценимы достижения Архимеда в области математики, которой, по словам Плутарха, он был просто одержим. Его главные математические открытия относятся к математическому анализу, где идеи учёного легли в основу интегрального и дифференциального исчисления. Огромное значение для развития математики имело вычисленное Архимедом отношение длины окружности к диаметру. Архимед дал приближение для числа π (Архимедова числа):

Своим наивысшим достижением учёный считал работы в области геометрии и, прежде всего, расчёт шара, вписанного в цилиндр.

— Что за цилиндр и шар? — спросила Галатея. — Почему он так ими гордился?

— Архимед сумел показать, что площадь и объём сферы относятся к площади и объёму описанного цилиндра как 2:3.

Дзинтара поднялась и сняла с полки модель земного шара, который был впаян внутрь прозрачного цилиндра так, что соприкасался с ним на полюсах и на экваторе.

— Я с детства люблю эту геометрическую игрушку. Посмотрите, площадь шара равна площади четырёх кругов такого же радиуса или площади боковой стороны прозрачного цилиндра. Если добавить площади основания и верха цилиндра, то получится, что площадь цилиндра в полтора раза больше площади шара внутри него. То же самое соотношение выполняется для объёмов цилиндра и шара.

Архимед был восхищён полученным результатом. Он умел ценить красоту геометрических фигур и математических формул — именно поэтому не катапульта и не горящая галера украшают его могилу, а изображение шара, вписанного в цилиндр. Таково было желание великого учёного.

Сказка об учёном Архимеде, который стоил целой армии

Доменико Фетти. Архимед размышляет. 1620 год. Картина из Галереи старых мастеров, Дрезден.

Эдуард Вимон. Смерть Архимеда. 1820-е годы.

Гробница Архимеда в Сиракузах.

Остров Ортигия, исторический центр Сиракуз, родного города Архимеда. У этих берегов Архимед сжёг и потопил римские галеры.

Греческий театр в Сиракузах.

Архимед переворачивает Землю с помощью рычага. Старинная гравюра. 1824 год.

Шар, вписанный в цилиндр. Автор иллюстрации Андре Карвас.

Изображение Архимеда на золотой медали Филдса — высшей награде среди математиков. Надпись на латыни: «Transire suum pectus mundoque potiri» — «Превзойти свою человеческую ограниченность и покорить Вселенную».

Каждая новая сказка писателя и астрофизика, доктора физико-математических наук Николая Николаевича Горькавого (Ник. Горькавого) — это рассказ о том, как совершались важные открытия в той или иной области науки. И неслучайно героями его научно-популярных романов и сказок стали принцесса Дзинтара и её дети — Галатея и Андрей, ведь они из породы тех, кто стремится «всё знать». Истории, рассказанные Дзинтарой детям, вошли в сборник «Звёздный витамин». Он оказался таким интересным, что читатели потребовали продолжения. Предлагаем вам ознакомиться с некоторыми сказками из будущего сборника «Создатели времён». Перед вами — первая публикация.

Величайший учёный античного мира древнегреческий математик, физик и инженер Архимед (287—212 годы до н.э.) был родом из Сиракуз — греческой колонии на самом большом острове Средиземноморья — Сицилии. Древние греки, создатели европейской культуры, поселились там почти три тысячи лет назад — в VIII веке до нашей эры, и к моменту рождения Архимеда Сиракузы были процветающим культурным городом, где жили свои философы и учёные, поэты и ораторы.

Каменные дома горожан обступали дворец царя Сиракуз Гиерона II, высокие стены защищали город от врагов. Жители любили собираться на стадионах, где состязались бегуны и метатели диска, и в банях, где не просто мылись, а отдыхали и обменивались новостями.

В тот день в банях на главной площади города было шумно — смех, крики, плеск воды. Молодёжь плавала в большом бассейне, а люди почтенного возраста, держа в руках серебряные кубки с вином, вели неспешную беседу на удобных ложах. Солнце заглядывало во внутренний дворик бань, освещая проём двери, ведущей в отдельную комнату. В ней, в небольшом бассейне, похожем на ванну, сидел в одиночестве человек, который вёл себя совсем не так, как другие. Архимед — а это был именно он — прикрыл глаза, но по каким-то неуловимым признакам было видно, что человек этот не спит, а напряжённо думает. В последние недели учёный настолько углубился в свои мысли, что часто забывал даже про еду и домашним приходилось следить, чтобы он не остался голодным.

Началось с того, что царь Гиерон II пригласил Архимеда к себе во дворец, налил ему лучшего вина, спросил про здоровье, а потом показал золотую корону, изготовленную для правителя придворным ювелиром.

— Я не разбираюсь в ювелирном деле, но разбираюсь в людях, — сказал Гиерон. — И думаю, что ювелир меня обманывает.

Царь взял со стола слиток золота.

— Я дал ему точно такой же слиток, и он сделал из него корону. Вес у короны и слитка одинаковый, мой слуга проверил это. Но меня не оставляют сомнения, не подмешано ли в корону серебро? Ты, Архимед, самый великий учёный Сиракуз, и я прошу тебя это проверить, ведь, если царь наденет фальшивую корону, над ним будут смеяться даже уличные мальчишки…

Правитель протянул корону и слиток Архимеду со словами:

— Если ты ответишь на мой вопрос, то оставишь золото себе, но я всё равно буду твоим должником.

Архимед взял корону и слиток золота, вышел из царского дворца и с тех пор потерял покой и сон. Уж если он не сможет решить эту задачу, то и никто не сможет. Действительно, Архимед был самым известным учёным Сиракуз, учился в Александрии, дружил с главой Александрийской библиотеки, математиком, астрономом и географом Эратосфеном и другими великими мыслителями Греции. Архимед прославился множеством открытий в математике и геометрии, заложил основы механики, на его счету несколько выдающихся изобретений.

Озадаченный учёный пришёл домой, положил корону и слиток на чаши весов, поднял их за середину и убедился, что вес у обоих предметов одинаковый: чаши покачивались на одном уровне. Плотность чистого золота была Архимеду известна, предстояло узнать плотность короны (вес, делённый на объём). Если в короне есть серебро, её плотность должна быть меньше плотности золота. А раз веса` короны и слитка совпадают, то объём фальшивой короны должен быть больше объёма золотого слитка. Объём слитка измерить можно, но как определить объём короны, в которой столько сложных по форме зубцов и лепестков? Вот эта проблема и мучила учёного. Он был прекрасным геометром, например, решил сложную задачу — определение площади и объёма шара и описанного вокруг него цилиндра, но как найти объём тела сложной формы? Нужно принципиально новое решение.

В баню Архимед пришёл, чтобы смыть с себя пыль жаркого дня и освежить уставшую от размышлений голову. Обычные люди, купаясь в бане, могли болтать и жевать инжир, а Архимеда мысли о нерешённой задаче не оставляли ни днём, ни ночью. Его мозг искал решение, цепляясь за любую подсказку.

Архимед снял хитон, положил его на лавку и подошёл к маленькому бассейну. Вода плескалась в нём на три пальца ниже края. Когда учёный погрузился в воду, её уровень заметно поднялся, и первая волна даже выплеснулась на мрамор пола. Учёный прикрыл глаза, наслаждаясь приятной прохладой. Мысли об объёме короны привычно кружились в голове.

Вдруг Архимед почувствовал, что случилось что-то важное, но не мог понять — что. Он с досадой открыл глаза. Со стороны большого бассейна доносились голоса и чей-то горячий спор — кажется, о последнем законе правителя Сиракуз. Архимед замер, пытаясь осознать, что же всё-таки произошло? Он осмотрелся вокруг: вода в бассейне не доставала до края всего на один палец, а ведь когда он входил в воду, уровень её был ниже.

Архимед встал и вышел из бассейна. Когда вода успокоилась, она вновь оказалась на три пальца ниже края. Учёный снова забрался в бассейн — вода послушно поднялась. Архимед быстро оценил размер бассейна, вычислил его площадь, потом умножил на изменение уровня воды. Получилось, что объём воды, вытесненной его телом, равен объёму тела, если принять, что плотности воды и человеческого тела почти одинаковы и каждый кубический дециметр, или кубик воды со стороной в десять сантиметров, можно приравнять к килограмму веса самого учёного. Но при погружении тело Архимеда потеряло в весе и плавало в воде. Каким-то таинственным образом вода, вытесненная телом, отобрала у него вес…

Архимед понял, что он на верном пути, — и вдохновение понесло его на своих могучих крыльях. Можно ли применить найденный закон об объёме вытесненной жидкости к короне? Конечно! Надо опустить корону в воду, измерить увеличение объёма жидкости, а потом сравнить с объёмом воды, вытесняемой золотым слитком. Задача решена!

Согласно легенде, Архимед с победным криком «Эврика!», что значит по-гречески «Нашёл!», выскочил из бассейна и, забыв надеть хитон, помчался домой. Надо было срочно проверить своё решение! Он бежал по городу, а жители Сиракуз приветственно махали ему руками. Всё-таки не каждый день открывается важнейший закон гидростатики и не каждый день можно увидеть голого человека, бегущего по центральной площади Сиракуз.

На следующий день царю доложили о приходе Архимеда.

— Я решил задачу, — сказал учёный. — В короне действительно много серебра.

— Как ты это узнал? — поинтересовался правитель.

— Вчера, в банях, я догадался, что тело, которое погружается в бассейн с водой, вытесняет объём жидкости, равный объёму самого тела, и теряет при этом в весе. Вернувшись домой, я провёл множество опытов с чашами весов, погружёнными в воду, и доказал, что тело в воде теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Поэтому человек может плавать, а золотой слиток — нет, но всё равно в воде он весит меньше.

— И как же это доказывает наличие серебра в моей короне? — спросил царь.

— Вели принести чан с водой, — попросил Архимед и достал весы. Пока слуги тащили чан в царские покои, Архимед положил на весы корону и слиток. Они уравновесили друг друга.

— Если в короне есть серебро, то объём короны больше, чем объём слитка. Значит, при погружении в воду корона потеряет в весе больше и весы изменят своё положение, — сказал Архимед и осторожно погрузил обе чаши весов в воду. Чаша с короной немедленно поднялась вверх.

— Ты поистине великий учёный! — воскликнул царь. — Теперь я смогу заказать себе новую корону и проверить — настоящая она или нет.

Архимед спрятал в бороде усмешку: он понимал, что закон, открытый им накануне, гораздо ценнее тысячи золотых корон.

Закон Архимеда остался в истории навсегда, им пользуются при проектировании любых кораблей. Сотни тысяч судов бороздят океаны, моря и реки, и каждое из них держится на поверхности воды благодаря силе, открытой Архимедом.

Когда Архимед состарился, его размеренные занятия наукой неожиданно закончились, впрочем как и спокойная жизнь горожан, — быстро растущая Римская империя решила завоевать плодородный остров Сицилию.

В 212 году до н.э. огромный флот галер, набитых римскими воинами, подошёл к острову. Преимущество в силе римлян было очевидным, и командующий флотом нисколько не сомневался, что Сиракузы будут захвачены очень быстро. Но не тут-то было: стоило галерам подойти к городу, как со стен ударили мощные катапульты. Они бросали тяжёлые камни так точно, что галеры захватчиков разлетались в щепки.

Римский полководец не растерялся и скомандовал капитанам своего флота:

— Подойдите к самым стенам города! На близком расстоянии катапульты будут нам не страшны, а лучники смогут прицельно стрелять.

Когда флот с потерями прорвался к городским стенам и приготовился его штурмовать, римлян ждал новый сюрприз: теперь уже лёгкие метательные машины забросали их градом ядер. Спускаемые крюки мощных подъёмных кранов цепляли римские галеры за носы и поднимали их в воздух. Галеры переворачивались, падали вниз и тонули.

Знаменитый историк древности Полибий писал о штурме Сиракуз: «Римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузцев одного старца». Этим старцем был Архимед, который сконструировал метательные машины и мощные подъёмные краны для защиты города.

Быстрый захват Сиракуз не получился, и римский полководец дал команду отступить. Сильно поредевший флот отошёл на безопасное расстояние. Город стойко держался благодаря инженерному гению Архимеда и мужеству горожан. Лазутчики донесли римскому полководцу имя учёного, который создал столь неприступную оборону. Полководец решил, что после победы нужно заполучить Архимеда как самый ценный военный трофей, ведь он один стоил целой армии!

День за днём, месяц за месяцем мужчины дежурили на стенах, стреляли из луков и заряжали катапульты тяжёлыми камнями, которые, увы, не достигали цели. Мальчишки подносили солдатам воду и еду, но воевать им не давали — малы ещё!

Архимед был стар, он, как и дети, не мог стрелять из лука так далеко, как молодые и сильные мужчины, но у него был могучий мозг. Архимед собрал мальчишек и спросил их, показывая на вражеские галеры:

— Хотите уничтожить римский флот?

— Мы готовы, говори, что делать!

Мудрый старец объяснил, что придётся серьёзно поработать. Он велел каждому мальчишке взять большой медный лист из уже приготовленной стопы и положить его на ровные каменные плиты.

— Каждый из вас должен отполировать лист так, чтобы он сиял на солнце, как золотой. И тогда завтра я покажу вам, как потопить римские галеры. Работайте, друзья! Чем лучше вы сегодня отполируете медь, тем легче нам будет завтра воевать.

— А мы сами будем воевать? — спросил маленький кудрявый мальчуган.

— Да, — твёрдо сказал Архимед, — завтра вы все будете на поле боя наравне с воинами. Каждый из вас сможет совершить подвиг, и тогда о вас будут складывать легенды и песни.

Трудно описать энтузиазм, который охватил мальчишек после речи Архимеда, и они энергично взялись надраивать свои медные листы.

Назавтра, в полдень, солнце обжигающе пылало в небе, а римский флот неподвижно стоял на якорях на внешнем рейде. Деревянные борта вражеских галер разогрелись на солнце и сочились смолой, которую использовали для защиты кораблей от протечек.

На крепостных стенах Сиракуз, там, куда не доставали вражеские стрелы, собрались десятки подростков. Перед каждым из них стоял деревянный щит с отполированным медным листом. Опоры щита были сделаны так, что лист меди можно было легко поворачивать и наклонять.

— Вот сейчас мы и проверим, как хорошо вы отполировали медь, — обратился к ним Архимед. — Надеюсь, все умеют пускать солнечные зайчики?

Архимед подошёл к маленькому кудрявому мальчику и сказал:

— Поймай своим зеркалом солнце и направь солнечный зайчик в середину борта большой чёрной галеры, как раз под мачтой.

Мальчишка бросился выполнять указание, а воины, столпившиеся на стенах, удивлённо переглянулись: что ещё затеял хитрец Архимед?

Учёный остался доволен результатом — на боку чёрной галеры появилось световое пятно. Тогда он обратился к остальным подросткам:

— Наведите свои зеркала в то же место!

Заскрипели деревянные опоры, загремели медные листы — стая солнечных зайчиков сбежалась к чёрной галере, и её бок стал наливаться ярким светом. На палубы галер высыпали римляне — что происходит? Вышел главнокомандующий и тоже уставился на сверкающие зеркала на стенах осаждённого города. Боги Олимпа, что ещё придумали эти упрямые сиракузцы?

Архимед инструктировал своё воинство:

— Не спускайте глаз с солнечных зайчиков — пусть они всё время будут направлены в одно место.

Не прошло и минуты, как от сияющего пятна на борту чёрной галеры повалил дым.

— Воды, воды! — закричали римляне. Кто-то бросился черпать забортную воду, но дым быстро сменился пламенем. Сухое просмолённое дерево прекрасно горело!

— Переведите зеркала на соседнюю галеру справа! — скомандовал Архимед.

Считаные минуты — и соседняя галера тоже занялась огнём. Римский флотоводец вышел из оцепенения и приказал сниматься с якоря, чтобы отойти подальше от стен проклятого города с его главным защитником Архимедом.

Сняться с якорей, посадить гребцов на вёсла, развернуть огромные корабли и отвести их в море на безопасное расстояние — дело не быстрое. Пока римляне суматошно бегали по палубам, задыхаясь от удушливого дыма, юные сиракузцы переводили зеркала на новые корабли. В суматохе галеры подходили друг к другу так близко, что огонь перекидывался с одного судна на другое. Спеша отплыть, некоторые корабли развернули паруса, которые, как оказалось, горели ничуть не хуже смоляных бортов.

Вскоре сражение было окончено. На рейде догорало множество римских кораблей, а остатки флота отступили от стен города. Среди юного воинства Архимеда потерь не было.

— Слава великому Архимеду! — кричали восхищённые жители Сиракуз и благодарили и обнимали своих детей. Могучий воин в блестящих доспехах крепко пожал руку кудрявому мальчику. Его маленькая ладонь была покрыта кровавыми мозолями и ссадинами от полировки медного листа, но он даже не поморщился при рукопожатии.

— Молодец! — уважительно сказал воин. — Этот день сиракузцы запомнят надолго.

Прошло два тысячелетия, а этот день остался в истории, и запомнили его не только сиракузцы. Жители разных стран знают удивительную историю о сожжении Архимедом римских галер, но он один ничего бы не сделал без своих юных помощников. Кстати, совсем недавно, уже в ХХ веке нашей эры, учёные провели эксперименты, которые подтвердили полную работоспособность древнего «сверхоружия», изобретённого Архимедом для защиты Сиракуз от захватчиков. Хотя есть историки, считающие это легендой…

— Эх, жаль, меня там не было! — воскликнула Галатея, внимательно слушавшая вместе с братом вечернюю сказку, которую рассказывала им мать — принцесса Дзинтара. Та продолжила читать книгу:

— Потеряв надежду захватить город с помощью оружия, римский полководец прибег к старому испытанному способу — подкупу. Он нашёл в городе предателей, и Сиракузы пали. Римляне ворвались в город.

— Найдите мне Архимеда! — приказал командующий. Но солдаты, опьянённые победой, плохо понимали, чего он от них хочет. Они врывались в дома, грабили и убивали. Один из воинов выбежал на площадь, где работал Архимед, рисуя на песке сложную геометрическую фигуру. Солдатские башмаки затоптали хрупкий рисунок.

— Не тронь моих чертежей! — грозно сказал Архимед.

Римлянин не узнал учёного и в гневе ударил его мечом. Так погиб этот великий человек.

Известность Архимеда была столь велика, что книги его часто переписывали, благодаря чему ряд трудов сохранился до нашего времени, несмотря на пожары и войны двух тысячелетий. История дошедших до нас книг Архимеда нередко была драматической. Известно, что в XIII веке какой-то невежественный монах взял книгу Архимеда, написанную на прочном пергаменте, и смыл формулы великого учёного, чтобы получить чистые страницы для записи молитв. Прошли века, и этот молитвенник попал в руки других учёных. Они с помощью сильной лупы исследовали его страницы и различили следы стёртого драгоценного текста Архимеда. Книга гениального учёного была восстановлена и напечатана большим тиражом. Теперь она уже никогда не исчезнет.

Архимед был настоящим гением, сделавшим множество открытий и изобретений. Он опередил своих со-временников даже не на века — на тысячелетия.

В книге «Псаммит, или Исчисление песчинок» Архимед пересказал смелую теорию Аристарха Самосского, согласно которой в центре мира расположено большое Солнце. Архимед писал: «Аристарх Самосский … полагает, что неподвижные звёзды и Солнце не меняют своего места в пространстве, что Земля движется по окружности около Солнца, находящегося в его центре…» Архимед считал гелиоцентрическую теорию Самосского убедительной и использовал её, чтобы оценить размеры сферы неподвижных звёзд. Учёный даже построил планетарий, или «небесную сферу», где можно было наблюдать движение пяти планет, восход солнца и луны, её фазы и затмения.

Правило рычага, которое открыл Архимед, стало основой всей механики. И хотя рычаг был известен до Архимеда, он изложил его полную теорию и успешно применил её на практике. В Сиракузах он в одиночку спустил на воду новый многопалубный корабль царя Сиракуз, используя хитроумную систему блоков и рычагов. Именно тогда, оценив всю мощь своего изобретения, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир».

Неоценимы достижения Архимеда в области математики, которой, по словам Плутарха, он был просто одержим. Его главные математические открытия относятся к математическому анализу, где идеи учёного легли в основу интегрального и дифференциального исчисления. Огромное значение для развития математики имело вычисленное Архимедом отношение длины окружности к диаметру. Архимед дал приближение для числа π (Архимедова числа):

Своим наивысшим достижением учёный считал работы в области геометрии и, прежде всего, расчёт шара, вписанного в цилиндр.

— Что за цилиндр и шар? — спросила Галатея. — Почему он так ими гордился?

— Архимед сумел показать, что площадь и объём сферы относятся к площади и объёму описанного цилиндра как 2:3.

Дзинтара поднялась и сняла с полки модель земного шара, который был впаян внутрь прозрачного цилиндра так, что соприкасался с ним на полюсах и на экваторе.

— Я с детства люблю эту геометрическую игрушку. Посмотрите, площадь шара равна площади четырёх кругов такого же радиуса или площади боковой стороны прозрачного цилиндра. Если добавить площади основания и верха цилиндра, то получится, что площадь цилиндра в полтора раза больше площади шара внутри него. То же самое соотношение выполняется для объёмов цилиндра и шара.

Архимед был восхищён полученным результатом. Он умел ценить красоту геометрических фигур и математических формул — именно поэтому не катапульта и не горящая галера украшают его могилу, а изображение шара, вписанного в цилиндр. Таково было желание великого учёного.

Закон Архимеда

Жил в Сиракузах мудрец Архимед,
Был другом царя Гиерона.
Какой для царя самый
Важный предмет?
Вы все догадались – корона!

Захотелось Гиерону
Сделать новую корону.
Золота отмерил строго.
Взял не мало и не много,
Сколько нужно, в самый раз.
Ювелиру дал заказ.

Через месяц Гиерону
Ювелир принес корону.
Взял корону Гиерон,
Оглядел со всех сторон.
Чистым золотом сверкает…
Но ведь всякое бывает,
И добавить серебро
Можно к золоту хитро,
А того и хуже — медь
(Если совесть не иметь)…

И царю узнать охота:
Честно ль сделана работа?
Не желал терпеть урон Гиерон.
И позвал он Архимеда…
Началась у них беседа.

Гиерон. Вот корона, Архимед.
               Золотая или нет?

Архимед. Чистым золотом сверкает…
Гиерон. Но, ты знаешь, все бывает!
И добавить серебро
Можно к золоту хитро.
А того и хуже — медь,
Если совесть не иметь.
Сомневаться стал я что-то.
Честно ль сделана работа?
Можно ль это, ты скажи,
                           определить?
Но корону не царапать, не пилить…
И задумался ученый:
– Что известно? ВЕС короны.
Ну а как найти ОБЪЕМ?
Думал ночью, думал днем.
И однажды, в ванне моясь,
Погрузился он по пояс.
На пол вылилась вода –
Догадался он тогда,
Как найти ОБЪЕМ короны,
И помчался к Гиерону,
Не обут и не одет…
А народ кричал вослед:
– Что случилось, Архимед?
— Может быть, землетрясенье
Или в городе пожар?
Всполошился весь базар!
Закрывали лавки даже.
Шум и крики, и смятенье!
Он промчался мимо стражи.
– Эврика! Нашел решенье! –
Во дворец примчался он.
– Я придумал, Гиерон!

(Во дворце.)
Архимед. Эврика! Раскрыл секрет!
Гиерон. Ты оденься, Архимед!
         Вот сандалии, хитон.
         А расскажешь все потом!
Архимед. Пусть весы сюда несут
         И с водой большой сосуд…
         Все доставить Гиерону!..

(Слуги все приносят.)
На весы кладем корону,
И теперь такой же ровно
Ищем слиток золотой…

(Находят кусок золота, по весу равный короне.)
Гиерон. Все понятно!
Архимед. Нет, постой!
      Мы теперь корону нашу
      Опускаем в эту чашу.
       Гиерон! Смотри сюда –
       В чаше поднялась вода!
      Ставлю черточку по краю.
Гиерон. А корону?

Архимед. Вынимаю.
          В воду золото опустим.
Гиерон. В воду – золото? Допустим…
Архимед. Поднялась опять вода,
          Метку ставлю я.
Гиерон. Куда?
Архимед. Ну, конечно же, по краю.
Гиерон. Ничего не понимаю…
         Лишь две черточки я вижу.
         Эта – выше, эта – ниже.
         Но какой же вывод главный?
Архимед. Равный вес.
         Объем не равный!
         Понимаешь, Гиерон,
         Я сейчас открыл закон.
         Тот закон совсем простой.
         Тело вытеснит…
Гиерон. Постой!
         Говоришь, объем не равный?
         Мастер мой — мошенник
                                    явный!
        За фальшивую корону
        Он ответит по закону!
        А ты за разгадку
        Получишь дары!
        На этом прервалась беседа…
        Немало воды утекло с той поры,
        Но помнят закон Архимеда!

Источник. http://archive.1september.ru/fiz/1999/no7_2.htm

Архимед и корона Гиерона

В первом веке до нашей эры римский архитектор Витрувий рассказал о задаче, решенной за двести лет до того греческим физиком Архимедом. С тех пор эта история пересказывалась несчетное число раз, а сама задача, решенная Архимедом, стала одной из наиболее знаменитых исторических задач.

Научные исследования, — повествует Витрувий, — поглощали Архимеда до такой степени, что ему приходилось напоминать про сон и пищу. Даже в купальне во время растираний он продолжал чертить на песке геометрические фигуры. Однажды во время купанья, — продолжает Витрувий, — Архимед размышлял о трудной задаче, поставленной перед ним царем Гиероном.

Как известно, этот царь пожелал принести в дар храму золотой венец. Работу он поручил одному ювелиру, отпустив ему надлежащее количество золота. Вскоре работа была выполнена, но ходили слухи, будто мастер заменил часть золота серебром. Архимед, которому царь поручил расследовать это дело, долго думал над решением вопроса. Оно возникло внезапно, когда он сидел в ванне. Вне себя от радости Архимед выскочил из ванны и побежал по улицам Сиракуз, повторяя: «Эврика!» (Нашел!).

Именно так, по рассказу Витрувия, Архимед открыл важнейший закон гидростатики. В том, как именно применил Архимед этот закон к решению задачи, поставленной перед ним Гиероном, мы предлагаем разобраться читателям. При этом следует учесть, что для этой цели закон Архимеда может быть использован двумя путями. Пока же вы будете отыскивать их, мы продолжим рассказ о знаменитой исторической задаче.

СЧАСТЛИВАЯ НАХОДКА

Через две тысячи лет после того как Витрувий рассказал об открытии Архимеда, греческий ученый Керамевс обнаружил в монастыре святого Саввы, близ Иерусалима, палимпсест — пергамент, с которого первоначальный текст был удален для того, чтобы сделать на нем новую запись. Пергамент в средние века был очень дорог, и монастырские летописцы и переписчики безжалостно смывали и стирали древние письмена. Но на этот раз ученых ждала необыкновенная удача.

Старинный текст, оказавшийся сводом работ Архимеда, был не стерт, а только смыт. В 1906 году профессору Гейбергу удалось прочесть его, и несколько сочинений Архимеда, о которых мы знали до этого лишь из ссылок и отрывков в трудах древних ученых, были прочтены от начала до конца. Среди вновь найденных текстов Архимеда было и его сочинение «О плавающих телах», в котором излагается вывод «закона Архимеда». Никаких ссылок на задачу Гиерона и происшествие в общественных банях в этом сочинении не оказалось.

«ГЛУПАЯ БАСНЯ» ОБ АРХИМЕДЕ

Академик А. Н. Крылов в «Очерке развития теории корабля» подробно разобрал содержание вновь найденной работы Архимеда.

«Это сочинение Архимеда, — писал он, — состоит из двух книг или глав, первая из которых содержит два основных положения, или постулата, и девять положений, из которых в семи устанавливается общее учение о плавающих телах…» Изложив основные положения Архимеда и показав, как сложен был путь его рассуждений, академик Крылов замечает: «Надо помнить, что все геометрические понятия, начиная от площади круга, площади параболы, объема цилиндра, шара, шарового сегмента, учения о центре тяжести тел, об их равновесии,— все это создано самим Архимедом; тогда явится лишь малое представление о необыкновенной мощи его гения и о нелепости повторяемой историками басни, что Архимед, сидя в ванне в общественных банях, нашел свой закон…»

Так изучение случайно найденного сочинения Архимеда развеяло легенду о том, что открытие важного закона природы было сделано в результате внезапного озарения. Но это не значит, что все в легенде о короне Гиерона является выдуманным. Вполне вероятно, что 2200 лет назад именно по этому поводу был впервые применен на практике выведенный теоретическим путем закон Архимеда. Интересно, что следующий случай сознательного применения этого закона относится уже к 1666 году.

В этом году в одном из английских прибрежных городов произошло необыкновенное событие. Когда о нем стало известно королю, он поспешил со своей свитой на верфи этого города, где строились военные корабли. И вот что он здесь увидел.

На берегу стоял готовый к спуску на воду фрегат, в бортах которого зияли «порта» — отверстия для орудийных стволов. С минуты на минуту ожидалась команда начать спуск судна.
— Что за дикое новшество? — воскликнул кто-то из присутствующих. — Сейчас произойдет катастрофа! Кто знает, насколько погрузится корабль в воду? А вдруг во все отверстия в бортах хлынет вода?

В самом деле, с незапамятных времен кораблестроители делали отверстия для орудийных стволов уже после того, как готовое и снаряженное судно оказывалось на воде. Но судостроитель Антон Дин на основании закона Архимеда заранее рассчитал, до какого уровня погрузится судно и где следует проделать и его бортах «порта» для пушек.

Став в 1684 году инспектором кораблестроения английского флота, Дин распорядился во всех случаях заранее взвешивать части корпуса кораблей, а также все грузы, входящие в их оснастку, снабжение, боевое вооружение и т. д. С тех пор закон, открытый Архимедом более двух тысяч лет назад, лежит в основе теории о плавучести кораблей.

P. S. Старинные летописи рассказывают: а вообще Архимеду принадлежало еще множество различных гениальных изобретений. Даже современное тестирование с использованием детектора лжи корныями своими уходит в архимедовские наблюдения о том, что при волнении у человека учащается пульс. К слову по этому принципу и работают все современные детекторы лжи, человек, когда говорит неправду, волнуется, это волнение выдает повышенный пульс, который собственно фиксирует детектор.

Автор: Павел Чайка, главный редактор исторического сайта Путешествия во времени

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Сценарий представления «Сказка о царе Гиероне, Архимеде и царской короне»

«Сказка о царе Гиероне, Архимеде и золотой короне»

Комментатор

Давным-давно в одном царстве, сиракузском государстве жил да был царь Гиерон. Стало ему скучно и решил он совершить круиз по Средиземному морю. Объездил он много интересных государств, посмотрел на разные чудеса:

— в Греции Колосс Родосский и Статую Зевса в Олимпии;

— в Турции храм Артемиды в Эфесе и мавзолей в Галикарнасе;

— в Египте Александрийский маяк и пирамиды в Гизе и.

Хотел посмотреть на висячие сады Семирамиды, но вспомнил, что они уже как триста лет разрушены.

В круизе он встречался со многими царями и убедился в том, что многие из них гораздо лучше одеты. Особенно понравились их короны. Вернувшись домой он решил заказать себе новую корону. Так начинается наша сказка.

Ведущий 1.

Жил в Сиракузах мудрец Архимед.

был другом царя Гиерона.

Какой для царя самый важный предмет?

Вы все догадались – корона!

Ведущий 2.

Захотелось Гиерону

сделать новую корону.

Золота отмерил строго.

Взял не мало и не много –

сколько нужно, в самый раз.

Ювелиру дал заказ.

Ведущий 1.

Через месяц Гиерону

ювелир принёс корону.

Взял корону Гиерон,

оглядел со всех сторон.

Чистым золотом сверкает…

Ведущий 2.

Но ведь всякое бывает,

и добавить серебро

можно к золоту хитро,

А того и хуже – медь

(если совесть не иметь)…

Не желал терпеть урон

Гиерон.

И позвал он Архимеда…

Началась у них беседа.

Гиерон.

Вот корона, Архимед.

Золотая или нет?

Архимед.

Чистым золотом сверкает.

Гиерон.

Но, ты знаешь, всё бывает!

И добавить серебро

можно к золоту хитро.

А того и хуже – медь,

если совесть не иметь…

Честно ль сделана работа?

Золото? Иль позолота?

Нужно точно всё определить,

но корону – не царапать, не пилить!

Ведущий 1.

И задумался учёный:

«Что известно? Вес короны.

Ну а как найти объём?»

Думал ночью, думал днём.

И однажды, в ванне моясь,

Погрузил себя по пояс:

на пол вылилась вода…

Догадался он тогда,

как найти объём короны!

Ведущий 2.

И помчался к Гиерону –

Не обут и не одет –

Знаменитый Архимед.

А народ кричит вослед:

Народ

–Что случилось, Архимед?!

Ведущий 1.

Всполошился весь базар:

Народ

– Или в городе пожар?

Ведущий 1.

Во дворец примчался он:

Архимед

–Я придумал, Гиерон!

Эврика! Раскрыл секрет!

Гиерон.

Ты оденься, Архимед!

Вот сандалии, хитон…

А расскажешь всё потом!

Архимед.

Пусть весы сюда несут

И с водой большой сосуд…

Всё доставить Гиерону!..

На весы кладём корону

А теперь такой же ровно

ищем слиток золотой…

Гиерон.

Всё понятно!

Архимед.

Ты постой!

Мы теперь корону нашу

опускаем в эту чашу.

Гиерон! Смотри сюда!

В чаше поднялась вода!

Ставлю чёрточку по краю.

Гиерон.

А корона?

Архимед.

Вынимаю…

В воду золото опустим.

Гиерон.

В воду золото?

Допустим…

Архимед.

Поднялась опять вода.

Метку ставлю я…

Гиерон.

Куда?

Архимед.

Ну конечно же, по краю.

Гиерон.

Ничего не понимаю!

Лишь две чёрточки я вижу:

это – выше, эта – ниже.

Но какой же вывод главный?

Архимед.

Равный вес. Объём – не равный!

Понимаешь, Гиерон,

я сейчас открыл закон!

Тот закон совсем простой:

тело вытеснит…

Гиерон.

Постой!

Говоришь, объём не равный?

Мастер мой мошенник?! Явный?!

За фальшивую корону

он ответит по закону!

Комментатор

Плотность золота составляет – 19300, плотность серебра – 10500, а плотность меди – 8900 (Килограмм на кубический метр). Золото гораздо плотней серебра и, тем более, меди.

При равном весе тела объем менее плотного тела больше, и оно при погружении в жидкость вытолкнет этой жидкости больше (уровень жидкости будет больше), что и произошло про погружении короны. Так Архимед разоблачил мошенника.

Ведущий 1.

Архимед открыл закон!

Он не только для корон.

Комментатор

Седьмое предложение (теорема) сочинения Архимеда «О плавающих телах» (250 год до н.э.) сформулировано следующим образом.

«Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в нее, погружаются все глубже, пока не достигают дна, и пребывая в жидкости, теряют в своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме тел.»

Плотность вещества (ρ) : золота — 19,3 г/ см³

серебра — 10,5 г/ см³

меди — 8,9 г/ см³

Вес тела (P): P=g×m, m — масса тела,

g — ускорение свободного падения (9,8 Н/кг)

m=V×ρ, V — объем тела

P₁=g×m₁=g× V₁×ρ₁ , P₂=g× V₂×ρ₂ V₁×ρ₁ = V₂×ρ2,

V1/V₂ = ρ₂/ρ₁