Влияние учений Архимеда на развитие науки и технологии
В эллинистический период характер античной науки, по сравнению с древнегреческим периодом, значительно изменился. Нерасчлененная античная наука стала дифференцироваться, из нее выделились медицина, астрономия, математика и механика.9 Из всех разделов механики в рассматриваемый период наиболее обстоятельно была разработана статика (и гидростатика). Основополагающую роль в их возникновении и разработке сыграл Архимед (около 287-212 гг. до н. э.).
Математик по образованию, Архимед был выдающимся механиком, блестящим инженером, конструктором машин и механических аппаратов. Архимеду принадлежит установление понятия центра тяжести тел, он теоретически доказал закон простого рычага, сформулировал правило сложения параллельных сил. В гидростатике Архимед открыл закон, носящий его имя, и теоретически его доказал.
Архимеду приписывают создание следующих механических конструкций: винт Архимеда, или «улитка» - усовершенствованная им машина, применявшаяся в Египте для поливки полей, различные военные машины, гидравлический орган, использовавшийся им для объяснения сущности души, а также планетарий - созданная им механическая модель небесной сферы, в которой при помощи одного вращательного движения производимого, по всей вероятности, водяным двигателем, возникали различные, несхожие между собой вращения небесных светил относительно сферы неподвижных звезд. Тем самым Архимед практически реализовал намеченный еще Анаксимандром метод рационального механического объяснения космических явлений, создав механически (технически реализованный) прототип Вселенной, предначертанный и схематизированный наукой. Особенно успешно Архимед разрабатывал конструкции военных машин. Это был первый ученый, уделявший много внимания и сил военным задачам.
В течение многих веков механика рассматривалась как наука о простых статических машинах. Ее основой была теория рычага, изложенная Архимедом в сочинении «О равновесии плоских фигур». В основе этой теории лежат следующие постулаты:
1.Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на неравных же длинах не уравновешиваются, но перевешивают тяжести на большей длине.
2.Если при равновесии тяжестей на каких-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-нибудь прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к которой было прибавлено.
3.Точно так же, если от одной из тяжестей отнято что-нибудь, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, от которой не было отнято.
Основываясь на этих постулатах, Архимед доказывает следующие теоремы: «Соизмеримые величины уравновешиваются на длинах, которые будут обратно пропорциональны тяжестям». И далее: «Если величины будут несоизмеримы, то они точно так же уравновесятся на длинах, которые обратно пропорциональны этим величинам». В этих предложениях содержится первая точная формулировка закона рычага. При этом под «величинами» следует понимать величины сил, действующих на рычаг.
Кроме закона рычага, в книге «О равновесии плоских фигур» содержатся определения центров тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции, параболического сегмента, трапеции, боковые стороны которой являются дугами парабол. Понятие центра тяжести предполагается известным, и в начале книги приводятся постулаты о центрах тяжести (при совмещении конгруэнтных фигур центры тяжести совмещаются; центры тяжести подобных фигур подобно же расположены; у фигур с выпуклым периметром центр тяжести находится внутри фигуры). Само же определение центра тяжести, данное Архимедом, встречается в сочинении Паппа Александрийского, жившего в конце III в. н. э. Это определение гласит: «Центром тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри его точка - такая, что если за нее мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет первоначальное положение». Чтобы прийти к этому определению, понадобился длительный практический опыт, обобщением которого и явилась механика Архимеда.
Знаменитый «закон Архимеда» изложен в сочинении «О плавающих телах». Сиракузы были портовым и судостроительным городом. Вопросы плавания тел ежедневно решались практически, и выяснить их научные основы, несомненно, казалось Архимеду актуальной задачей. В своем сочинении он разбирает не только условия плавания тел, но и вопрос об устойчивости равновесия плавающих тел различной геометрической формы. Научный гений Архимеда в этом сочинении, оставшемся, по-видимому, незаконченным, проявляется с исключительной силой. Закон Архимеда нашел практическое применение лишь в XVII в. Английский корабельный инженер А. Дин в 1666 г. по спуска корабля на воду при помощи этого закона рассчитал углубление корабля и «был настолько уверен в правильности своих расчетов весовой нагрузки и объемного водоизмещения судна, что еще на стапеле приказал проре-
зать в бортовой обшивке» отверстия для стволов орудий. А современная формулировка и доказательство закона Архимеда были осуществлены только в XIX в.
Архимед - вершина научной мысли древнего мира. Последующие ученые - Герон Александрийский и Папп Александрийский - мало что прибавили к наследию Архимеда, и их труды по механике носят компилятивный характер.