阿基米德原理实验

阿基米德原理实验的故事

阿基米德（archimedes公元前约287～公元前约212）是古希腊伟大的数学家、物理学家，是静力学和流体力学的创始人．他公元前287年生于希腊叙拉古附近的一个小村庄．父亲费吉亚是一位数学家和天文学家，是叙拉古王希隆的亲戚．他11岁时去埃及，到当时世界著名学术中心、被誉为“智慧之都”的亚历山大城学习，是著名数学家欧几里得的学生．公元前240年，阿基米德由埃及回到故乡叙拉古，并担任了国王的顾问．从此开始了对科学的全面探索，在物理学、数学等领域取得了举世瞩目的成果，成为古希腊最伟大的科学家之一．
一、阿基米德与物理学
阿基米德一改亚里士多德自然哲学时代重视哲学思辨和推测的风气，开始注意对具体科学技术领域中具体问题的研究，比较重视理论与实际应用的结合，是把技术实践和严密的数学推理结合起来进行静力学系统研究的第一人．阿基米德一生有约40种发明．“阿基米德螺旋”直到现在仍被广泛应用于机械设计之中，凸轮的轮廓线若采用阿基米德螺旋线，就可以把匀速园周运动转化为匀速直线运动．他设计制造的“行星仪”，包括太阳、月亮、地球和当时人们已知的五大行星模型，能逼真地表现出诸天体运行情况，甚至可以表现日蚀和月蚀．他利用杠杆原理制造的“抛石机”，在当时的战争中曾起到了重要作用．阿基米德在物理学方面最突出的贡献是证明了静力学中的杠杆原理和流体力学中的浮力定律．阿基米德经过实际观察和实验，并从数学上严格证明了现今仍被广泛运用的“重量比等于距离反比”的杠杆原理．他曾自豪地说：“假如给我一个支点，我就能推动地球．”国王听后大为惊奇，要他把主张付诸实施，表演一下怎样用微小的力去移动很重的物体．当时国王曾叫人建造了一艘大船，可是，无论如何也无法推其下水．阿基米德对国王说，就让我来把这艘大船拉下水吧．他设计了一套杠杆滑轮系统，利用这套系统只要施加很小的力就能把很重的物体拉动．一切准备就绪后他将绳的一头交给了国王，国王轻轻地拉动绳子，大船就缓慢地移动了，最后终于滑了下去．这情景使在场的人无不目惊口呆，人们奔走相告，一时成了轰动全国的新闻．国王还为此特发布告称：“从今以后，凡是阿基米德所说的话，务须一律听从．”关于阿基米德如何发现浮力定律——阿基米德定律一事，著名的古罗马建筑学家维持维特鲁维阿曾讲过一个后世流传甚广的阿基米德为国王鉴定金王冠的故事．直到现在这一定律仍然被所有中学物理教材列为最古老的物理定律．至于这一定律发现过程中的传奇色彩，似应着重从“长期积累，偶然所得”角度来理解．叙拉古是个著名的港口，阿基米德作为工程师经常接触诸如船重吃水深一类事物．若没有经验的长期积累，仅靠偶然机遇是很难有所发现的．况且在其著作《论浮体》中，该结论是从理想模型出发经过严密的数学推导而得出的．这一点正反映了阿基米德的治学特点．
公元前212年，阿基米德死于罗马士兵之手，这件事情涉及到当时发生的一场战争．那是在公元前218年，在地中海发生了第二次罗马与迦太基之间的战争．罗马的统帅认为叙拉古处在意大利半岛和迦太基之间，是地中海的中心，战略位置非常重要，于是派了一个富有作战经验的著名将领马赛拉斯运河进攻叙拉古．叙拉古人民不甘心忍受外族侵略，同仇敌忾，顽强抗敌，在阿基米德指导下，制造制造了抛石机等许多防御和进攻的武器，英勇战斗、重创罗马军队，守城达到年之久．公元前212年的一天，当叙拉古人民正在庆祝他们一年一度的阿尔杰米达节时，马赛拉斯乘机命令士兵通过一道冷僻的城甬用云梯偷偷爬进了城．罗马士兵冲入城内，闯进了阿基米德的房间．当时阿基米德正在全神贯注地研究一个几何图形、面对罗马士兵的屠刀、他毫不畏惧、镇静自若的对罗马士兵说，再给我一点时间，让我证完这条定理，以免给后人留下一道尚未证完的问题．并高声斥责罗马士兵说“不要碰我的图纸！”士兵认为这句话损害了他作为胜利者的威严，尽管在破城之后马赛拉斯曾下令不得伤害阿基米德，但凶残的罗马士兵还是以剑刺向这位75岁的老人，伟大学者倒在血泊之中．马赛拉斯为了笼络人心，下令处死了杀害阿基米德的凶手，对阿基米德的家属作了安顿，并为他修了一座颇为壮观的坟墓，根据其生前遗愿，在墓碑上铭刻了球内切于园柱的图形．二、数学之神——阿基米德阿基米德在数学上也有着极为光辉灿烂的成就．他证明了园周率π介于3（1/7）和3（10/71）之间．他利用独特的类似于后来牛顿、莱布尼兹的积分法，解决了许多复杂形状物体的体积和表面积的计算问题．使他自己最得意的成就是他证实了正园柱体体积与其内切球体积之比和它们的表面积之比具有同样的数值，都是3/2，为此他请求在他去世以后，在他的墓碑上刻一个正园柱体和它的内切球的图形．