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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Gesetz des Archimedes. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Archimedes (287 v. Chr. - 212 v. Chr.) wurde in der griechischen Stadt Syrakus geboren, wo er fast sein ganzes Leben verbrachte. Sein Vater war Phidias, der Hofastronom des Herrschers der Stadt Hieron. Archimedes studierte wie viele andere antike griechische Wissenschaftler in Alexandria, wo die Herrscher Ägyptens, die Ptolemäer, die besten griechischen Wissenschaftler und Denker versammelten und auch die berühmte, größte Bibliothek der Welt gründeten. Nach seinem Studium in Alexandria kehrte Archimedes wieder nach Syrakus zurück und übernahm die Position seines Vaters. Theoretisch war die Arbeit dieses großen Wissenschaftlers brillant. Die Hauptwerke von Archimedes betrafen verschiedene praktische Anwendungen der Mathematik (Geometrie), Physik, Hydrostatik und Mechanik. In seinem Werk „Parabola of Quadrature“ begründete Archimedes die Methode zur Berechnung der Fläche eines Parabelsegments, und zwar zweitausend Jahre vor der Entdeckung der Integralrechnung. In dem Werk „Über die Messung eines Kreises“ berechnete Archimedes erstmals die Zahl „pi“ – das Verhältnis von Umfang zu Durchmesser – und bewies, dass diese für jeden Kreis gleich ist. Wir verwenden immer noch das von Archimedes erfundene System zur Benennung ganzer Zahlen. Kurios ist die Rezension von Cicero, dem großen Redner der Antike, der die „archimedische Sphäre“ sah – ein Modell, das die Bewegung der Himmelskörper um die Erde zeigt: „Dieser Sizilianer besaß ein Genie, das die menschliche Natur anscheinend nicht erreichen kann.“ ." Archimedes testet und erstellt die Theorie von fünf zu seiner Zeit bekannten Mechanismen, die als „einfache Mechanismen“ bezeichnet werden. Dies sind ein Hebel („Gib mir einen Stützpunkt“, sagte Archimedes, „und ich werde die Erde bewegen“), ein Keil, ein Block, eine Endlosschraube und eine Winde. Aber Archimedes wusste auch, dass Objekte mehr als nur Form und Dimension haben: Sie bewegen sich oder können sich bewegen oder bleiben stationär unter der Wirkung bestimmter Kräfte, die Objekte vorwärts bewegen oder sie ins Gleichgewicht bringen. Der große Syrakusaner studierte diese Kräfte und erfand einen neuen Zweig der Mathematik, in dem materielle Körper, reduziert auf ihre geometrische Form, gleichzeitig ihre Schwerkraft behalten. Diese Gewichtsgeometrie ist rationelle Mechanik, Statik und auch Hydrostatik. Archimedes entwickelt die Lehre der Hydrostatik in seinem Werk Über schwimmende Körper. „Nehmen Sie an“, sagt der Wissenschaftler, „eine Flüssigkeit ist so beschaffen, dass aus ihren auf gleicher Höhe und nebeneinander liegenden Teilchen die weniger komprimierten stärker komprimiert herausgedrückt werden und dass jedes ihrer Teilchen dadurch komprimiert wird eine Flüssigkeit, die sich entlang einer Lotlinie darüber befindet, wenn nur die Flüssigkeit in keinem Gefäß eingeschlossen ist und nicht durch etwas anderes gequetscht wird. Ausgehend von dieser Position beweist Archimedes mathematisch, dass die folgenden "Konsequenzen" vollständig erklärt werden, indem die obige Hypothese verwendet wird: "1) Körper, die das gleiche Gewicht wie eine Flüssigkeit haben, werden in diese Flüssigkeit eingetaucht, so dass kein Teil von ihnen über die Oberfläche der Flüssigkeit hinausragt und sich nicht nach unten bewegt. 2) Ein Körper, der leichter als eine Flüssigkeit ist, sinkt in diese Flüssigkeit nicht vollständig ein, sondern ein Teil davon bleibt über der Oberfläche der Flüssigkeit. 3) Ein Körper, der leichter als eine Flüssigkeit ist, wird in diese Flüssigkeit eingetaucht und so eingetaucht, dass das Volumen der Flüssigkeit, das dem eingetauchten (Teil des Körpers) entspricht, ein Gewicht hat, das gleich dem Gewicht des gesamten Körpers ist. 4) Körper, die leichter als die Flüssigkeit sind und gewaltsam in diese Flüssigkeit abgesenkt werden, werden mit einer Kraft nach oben gedrückt, die gleich dem Gewicht ist, mit dem die Flüssigkeit, die das gleiche Volumen wie der Körper hat, schwerer als dieser Körper ist. 5) Körper, die schwerer als die Flüssigkeit sind und in diese Flüssigkeit eingetaucht sind, sinken bis zum Grund und werden in der Flüssigkeit um das Gewicht der Flüssigkeit in einem Volumen leichter, das dem Volumen des eingetauchten Körpers entspricht. Paragraph 5 enthält in der Tat das bekannte Gesetz von Archimedes, dessen Entdeckung es ihm der Legende nach ermöglichte, die Zusammensetzung der Krone des syrakusanischen Königs Hieron zu überprüfen. Die berühmte Geschichte über die erste praktische Anwendung des Gesetzes von Archimedes erzählt der antike römische Autor Vitruv in seinem Werk „On Architecture“: „... Aufgrund seiner Entdeckung soll er zwei Barren gemacht haben, jeder vom gleichen Gewicht wie die Krone, einer aus Gold, der andere aus Silber. Danach füllte er das Gefäß bis zum Rand mit Wasser und senkte einen Silberbarren, und so viel von dem Barren wurde in das Gefäß getaucht, die entsprechende Menge Wasser floss heraus. Er nahm den Barren heraus und goss so viel Wasser in das Gefäß, wie viel es war weniger dort, maß das eingegossene Wasser mit einem Sextarium, so dass das Gefäß nach wie vor bis zum Rand mit Wasser gefüllt war, so dass er von hier aus fand, welches Gewicht an Silber welcher bestimmten Menge Wasser entspricht. Nachdem er eine solche Untersuchung durchgeführt hatte, senkte er den Goldbarren auf die gleiche Weise in ein volles Gefäß. Dann nahm er es heraus und fügte die Wassermenge hinzu, die in der gleichen Menge ausgelaufen war, und fand auf der Grundlage einer kleineren Anzahl von Wassersextarien heraus, wie viel weniger Volumen ein Goldbarren im Vergleich zu einem Silberbarren einnimmt von gleichem Gewicht. Als er danach das Gefäß füllte und die Krone in dasselbe Wasser senkte, stellte er fest, dass mehr Wasser herausfloss, wenn die Krone eingetaucht wurde, als wenn eine goldene Masse von demselben Gewicht eingetaucht wurde; und so entdeckte er aufgrund der Schlussfolgerung, dass durch eine Krone mehr Wasser verdrängt wird als durch einen Goldbarren, die Beimischung von Silber im Gold und deckte den offensichtlichen Diebstahl des Lieferanten auf. "In dieser Geschichte", bemerkt Ya. G. Dorfman, "ist nur die Schlussfolgerung von Archimedes überzeugend, dass die Krone aus einer Legierung und nicht aus reinem Gold besteht. Aber daraus folgt nirgendwo, dass Silber notwendigerweise die zweite Komponente war. In Jedenfalls folgt daraus, dass diese herausragende Entdeckung von Archimedes die erste Anwendung der physikalischen Messmethode zur Kontrolle und Analyse der chemischen Zusammensetzung darstellt, ohne die Integrität des Produkts zu verletzen. Die enorme praktische Bedeutung dieser Entdeckung in eine Ära, in der andere Methoden dieser Art keine allgemeine Aufmerksamkeit fanden und in vielen folgenden Jahrhunderten Gegenstand weiterer Forschung und praktischer Anwendung wurden. Anscheinend beschränkte sich Archimedes selbst nicht auf das beschriebene halbqualitative Experiment, sondern ging zu einer genaueren quantitativen Messung über. Al-Khazini, der Autor des arabischen Werks „Das Buch der Waage der Weisheit“ aus dem 81 Chr.), ist uns nicht überliefert, berichtet, dass Archimedes „ein mechanisches Gerät erfunden hat, das es ihm aufgrund seiner filigranen Konstruktion ermöglichte, zu bestimmen, wie viel Gold und wie viel Silber in einer Krone enthalten war, ohne ihre Form zu stören“. Al-Khazini gibt auch ein Diagramm der Struktur der "Archimedischen Waage" mit einer beweglichen Last. Durch den Vergleich der Gewichte der erwähnten Barren in Wasser auf diesem Gerät konnte Archimedes mit Hilfe eines beweglichen Gewichtes das Zahlenverhältnis des spezifischen Gewichts von Gold und Silber bestimmen und durch Vergleich der Gewichte der Krone und eines dieser Barren in der Auf die gleiche Weise könnte er die relative Menge an Gold und Silber in der Krone feststellen (wenn nur diese beiden Metalle in der Zusammensetzung der Krone enthalten wären)". Synesius von Kyrene erfand im XNUMX. Jahrhundert, ein Schüler des berühmten alexandrinischen Wissenschaftlers Hypatia, basierend auf den Prinzipien von Archimedes das „Hydroskop“ – ein Hydrometer zur Bestimmung des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten. Das aus Bronze gefertigte Gerät hatte Kerben. Anscheinend wurde dieses Gerät verwendet, um Tabellen über das spezifische Gewicht verschiedener Flüssigkeiten zu erstellen. Leider sind uns keine solchen Tabellen überliefert. Autor: Samin D. K.
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