關(guān)于科學(xué)家的傳記

【專(zhuān)家解說(shuō)】：關(guān)于浮力原理，有這樣一個(gè)的傳說(shuō)。 　　相傳敘拉古赫農(nóng)王讓工匠替他做了一頂純金的王冠，做好后，國(guó)王疑心工匠在金冠中摻了假，但這頂金冠確與當(dāng)初交給金匠的純金一樣重，到底工匠有沒(méi)有搗鬼呢？既想檢驗(yàn)真假 　　    阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力又不能破壞王冠，這個(gè)問(wèn)題不僅難倒了國(guó)王，也使諸大臣們面面相覷。 后來(lái)，國(guó)王請(qǐng)阿基米德來(lái)檢驗(yàn)。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要領(lǐng)。一天，他在家洗澡，當(dāng)他坐進(jìn)澡盆里時(shí)，看到水往外溢，同時(shí)感到身體被輕輕托起。他突然悟到可以用測(cè)定固體在水中排水量的辦法，來(lái)確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得穿上就跑了出去，大聲喊著“尤里卡！尤里卡！”。(Eureka，意思是“我知道了”)。 　　他經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以后，便來(lái)到了王宮，他把王冠和同等重量的純金放在盛滿(mǎn)水的兩個(gè)盆里，比較兩盆溢出來(lái)的水，發(fā)現(xiàn)放王冠的盆里溢出來(lái)的水比另一盆多。這就說(shuō)明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，密度不相同。所以證明了王冠里摻進(jìn)了其他金屬。 　　這次試驗(yàn)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過(guò)查出金匠欺騙國(guó)王，阿基米德從中發(fā)現(xiàn)了浮力定律（阿基米德原理）：物體在液體中所獲得的浮力，等于他所排出液體的重量。一直到現(xiàn)代，人們還在利用這個(gè)原理計(jì)算物體比重和測(cè)定船舶載重量等。 一個(gè)支點(diǎn)，就能舉起地球　　阿基米德對(duì)于機(jī)械的研究源自于他在亞歷山大城求學(xué)時(shí)期。有一天阿基米德在久旱的尼羅河邊散步，看到農(nóng)民提水澆地相當(dāng)費(fèi)力，經(jīng)過(guò)思考之后他發(fā)明了一種利用螺旋作用在水管里旋轉(zhuǎn)而把水    杠桿原理吸上來(lái)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現(xiàn)在，還有人使用這種器械。這個(gè)工具成了后來(lái)螺旋推進(jìn)器的先祖。當(dāng)時(shí)的歐洲，在工程和日常生活中，經(jīng)常使用一些簡(jiǎn)單機(jī)械，譬如：螺絲、滑車(chē)、杠桿、齒輪等，阿基米德花了許多時(shí)間去研究，發(fā)現(xiàn)了“杠桿原理”和“力矩”的觀念，對(duì)于經(jīng)常使用工具制作機(jī)械的阿基米德而言，將理論運(yùn)用到實(shí)際的生活上是輕而易舉的。他自己曾說(shuō)：“給我一個(gè)支點(diǎn)和一根足夠長(zhǎng)的杠桿，我就能撬動(dòng)整個(gè)地球?！?　　剛好海維隆王又遇到了一個(gè)棘手的問(wèn)題：國(guó)王替埃及托勒密王造了一艘船，因?yàn)樘筇?，船無(wú)法放進(jìn)海里，國(guó)王就對(duì)阿基米德說(shuō)，“你連地球都舉得起來(lái)，一艘船放進(jìn)海里應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題吧？”于是阿基米德立刻巧妙地組合各種機(jī)械，造出一架機(jī)具，在一切準(zhǔn)備妥當(dāng)后，將牽引機(jī)具的繩子交給國(guó)王，國(guó)王輕輕一拉，大船果然移動(dòng)下水，國(guó)王不得不為阿基米德的天才所折服。從這個(gè)歷史記載的故事里我們可以明顯的知道，阿基米德極可能是當(dāng)時(shí)全世界對(duì)于機(jī)械的原理與運(yùn)用，了解最透徹的人。 當(dāng)代數(shù)學(xué)大師　　 關(guān)于阿基米多的作品(17張)對(duì)于阿基米德來(lái)說(shuō)，機(jī)械和物理的研究發(fā)明還只是次要的，他比較有興趣而且 投注更多時(shí)間的是純理論上的研究，尤其是在數(shù)學(xué)和天文方面。在數(shù)學(xué)方面，他利用“逼近法”算出球面積、球體積、拋物線、橢圓面積，后世的數(shù)學(xué)家依據(jù)這樣的“逼近法”加以發(fā)展成近代的“微積分”。他更研究出螺旋形曲線的性質(zhì)，現(xiàn)今的“阿基米德螺線”曲線，就是為紀(jì)念他而命名。另外他在《恒河沙數(shù)》一書(shū)中，他創(chuàng)造了一套記大數(shù)的方法，簡(jiǎn)化了記數(shù)的方式。 　　阿基米德在他的著作《論杠桿》（可惜失傳）中詳細(xì)地論述了杠桿的原理。有一次敘拉古國(guó)王對(duì)杠桿的威力表示懷疑，他要求阿基米德移動(dòng)載滿(mǎn)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裝了一套設(shè)計(jì)精巧的滑車(chē)和杠桿。阿基米德叫100多人在大船前面，抓住一根繩子，他讓國(guó)王牽動(dòng)一根繩子，大船居然慢慢地滑到海中。群眾歡呼雀躍，國(guó)王也高興異常，當(dāng)眾宣布：“從現(xiàn)在起，我要求大家，無(wú)論阿斯米德說(shuō)什么，都要相信他！”阿基米德還曾利用拋物鏡面的聚光作用，把集中的陽(yáng)光照射到入侵?jǐn)⒗诺牧_馬船上，讓它們自己燃燒起來(lái)。羅馬的許多船只都被燒毀了，但羅馬人卻找不到失火的原因。900多年后，有位科學(xué)家按史書(shū)介紹的阿基米德的方法制造了一面凹面鏡，成功地點(diǎn)著了距離鏡子45米遠(yuǎn)的木頭，而且燒化了距離鏡子42米遠(yuǎn)的鋁。所以，許多科技史家通常都把阿基米德看成是人類(lèi)利用太陽(yáng)能的始祖。 天文研究　　他曾運(yùn)用水力制作一座天象儀，球面上有日、月、星辰、五大行星，根據(jù)記載，這個(gè)天象儀不但運(yùn)行精確，連何時(shí)會(huì)發(fā)生月蝕、日蝕都能加以預(yù)測(cè)。晚年的阿基米德開(kāi)始懷疑地球中心學(xué)說(shuō)，并猜想地球有可能繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)觀念一直到哥白尼時(shí)代才被人們提出來(lái)討論。　公元三世紀(jì)末正是羅馬帝國(guó)與北非迦太基帝國(guó)，為了爭(zhēng)奪西西里島的霸權(quán)而開(kāi)戰(zhàn)的時(shí)期。身處西西里島的敘拉古一直都是投靠羅馬，但是西元前216年迦太基大敗羅馬軍隊(duì)，敘拉古的新國(guó)王（海維隆二世的孫子繼任），立即見(jiàn)風(fēng)轉(zhuǎn)舵與迦太基結(jié)盟，羅馬帝國(guó)于是派馬塞拉斯將軍領(lǐng)軍從海路和陸路同時(shí)進(jìn)攻敘拉古，阿基米德眼見(jiàn)國(guó)土危急，護(hù)國(guó)的責(zé)任感促使他奮起抗敵，于是他絞盡腦汁，日以繼夜的發(fā)明御敵武器。 　　根據(jù)一些年代較晚的記載，當(dāng)時(shí)他造了巨大的起重機(jī)，可以將敵人的戰(zhàn)艦吊到半空中，然后重重摔下使戰(zhàn)艦在水面上粉碎；同時(shí)阿基米德也召集城中百姓手持鏡子排成扇形，將陽(yáng)光聚焦到羅馬軍艦上，燒毀敵人船只（不過(guò)，電視節(jié)目流言終結(jié)者曾經(jīng)針對(duì)這個(gè)傳說(shuō)做過(guò)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果認(rèn)為這實(shí)際上幾乎不可能成功）；他還利用杠桿原理制造出一批投石機(jī)，凡是靠近城墻的敵人，都難逃他的飛石或標(biāo)槍。這些武器弄的羅馬軍隊(duì)驚慌失措、人人害怕，連大將軍馬塞拉斯都苦笑的承認(rèn)：“這是一場(chǎng)羅馬艦隊(duì)與阿基米德一人的戰(zhàn)爭(zhēng)”、“阿基米德是神話(huà)中的百手巨人”。 編輯本段個(gè)人著述　　阿基米德流傳于世的數(shù)學(xué)著作有10余種，多為希臘文手稿。他的著作集中探討了求積問(wèn)題，主要是曲邊圖形的面積和曲面立方體的體積，其體例深受歐幾里德《幾何原本》的影響，先是設(shè)立 　　 阿基米德的紀(jì)念雕塑(3張)若干定義和假設(shè)，再依次證明，作為數(shù)學(xué)家，他寫(xiě)出了《論球和圓柱》、《圓的度量》、《拋物線求積》、《論螺線》、《論錐體和球體》、《沙的計(jì)算》數(shù)學(xué)著作。作為力學(xué)家，他著有《論圖形的平衡》、《論浮體》、《論杠桿》、《原理》等力學(xué)著作。 　　其中《論球與圓柱》，這是他的得意杰作，包括許多重大的成就。他從幾個(gè)定義和公理出發(fā)，推出關(guān)于球與圓柱面積體積等50多個(gè)命題。《平面圖形的平衡或其重心》，從幾個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，用嚴(yán)格的幾何方法論證力學(xué)的原理，求出若干平面圖形的重心?！稊?shù)沙者》，設(shè)計(jì)一種可以表示任何大數(shù)目的方法，糾正有的人認(rèn)為沙子是不可數(shù)的，即使可數(shù)也無(wú)法用算術(shù)符號(hào)表示的錯(cuò)誤看法?！墩摳◇w》，討論物體的浮力，研究了旋轉(zhuǎn)拋物體在流體中的穩(wěn)定性。阿基米德還提出過(guò)一個(gè)“群牛問(wèn)題”，含有八個(gè)未知數(shù)。最后歸結(jié)為一個(gè)二次不定方程。其解的數(shù)字大得驚人，共有二十多萬(wàn)位! 　　《砂粒計(jì)算》，是專(zhuān)講計(jì)算方法和計(jì)算理論的一本著作。阿基米德要計(jì)算充滿(mǎn)宇宙大球體內(nèi)的砂粒數(shù)量，他運(yùn)用了很奇特的想象，建立了新的量級(jí)計(jì)數(shù)法，確定了新單位，提出了表示任何大數(shù)量的模式，這與對(duì)數(shù)運(yùn)算是密切相關(guān)的。 　　《圓的度量》，利用圓的外切與內(nèi)接96邊形，求得圓周率π為：22/7>π>223/71，這是數(shù)學(xué)史上最早的，明確指出誤差限度的π值。他還證明了圓面積等于以圓周長(zhǎng)為底、半徑為高的等腰三角形的面積；使用的是窮舉法。 　　《球與圓柱》，熟練地運(yùn)用窮竭法證明了球的表面積等于球大圓面積的四倍；球的體積是一個(gè)圓錐體積的四倍，這個(gè)圓錐的底等于球的大圓，高等于球的半徑。阿基米德還指出，如果等邊圓柱中有一個(gè)內(nèi)切球，則圓柱的全面積和它的體積，分別為球表面積和體積的三分之二 。在這部著作中，他還提出了著名的“阿基米德公理”。 　　《拋物線求積法》，研究了曲線圖形求積的問(wèn)題，并用窮竭法建立了這樣的結(jié)論："任何由直線和直角圓錐體的截面所包圍的弓形（即拋物線），其面積都是其同底同高的三角形面積的三分之四。"他還用力學(xué)權(quán)重方法再次驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，使數(shù)學(xué)與力學(xué)成功地結(jié)合起來(lái)。 　　《論螺線》，是阿基米德對(duì)數(shù)學(xué)的出色貢獻(xiàn)。他明確了螺線的定義，以及對(duì)螺線的面積的計(jì)算方法。在同一著作中，阿基米德還導(dǎo)出幾何級(jí)數(shù)和算術(shù)級(jí)數(shù)求和的幾何方法。 　　    阿基米德《平面的平衡》，是關(guān)于力學(xué)的最早的科學(xué)論著，講的是確定平面圖形和立體圖形的重心問(wèn)題。 　　《浮體》，是流體靜力學(xué)的第一部專(zhuān)著，阿基米德把數(shù)學(xué)推理成功地運(yùn)用于分析浮體的平衡上，并用數(shù)學(xué)公式表示浮體平衡的規(guī)律。 　　《論錐型體與球型體》，講的是確定由拋物線和雙曲線其軸旋轉(zhuǎn)而成的錐型體體積，以及橢圓繞其長(zhǎng)軸和短軸旋轉(zhuǎn)而成的球型體體積。 　　除此以外，還有一篇非常重要的著作，是一封給埃拉托斯特尼的信，內(nèi)容是探討解決力學(xué)問(wèn)題的方法。這是1906年丹麥語(yǔ)言學(xué)家J.L.海貝格在土耳其伊斯坦布爾發(fā)現(xiàn)的一卷羊皮紙手稿，原先寫(xiě)有希臘文，后來(lái)被擦去，重新寫(xiě)上宗教的文字。幸好原先的字跡沒(méi)有擦干凈，經(jīng)過(guò)仔細(xì)辨認(rèn)，證實(shí)是阿基米德的著作。其中有在別處看到的內(nèi)容，也包括過(guò)去一直認(rèn)為是遺失了的內(nèi)容。后來(lái)以《阿基米德方法》為名刊行于世。它主要講根據(jù)力學(xué)原理去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的方法。他把一塊面積或體積看成是有重量的東西，分成許多非常小的長(zhǎng)條或薄片，然后用已知面積或體積去平衡這些“元素”，找到了重心和支點(diǎn)，所求的面積或體積就可以用杠桿定律計(jì)算出來(lái)。他把這種方法看作是嚴(yán)格證明前的一種試探性工作,得到結(jié)果以后,還要用歸謬法去證明它。