Эврика! Радость открытия. Архимед
Шрифт:
Из рассказа об осаде Сиракуз становится ясно, что Архимед был очень талантливым механиком и инженером. Например, свои разработки в области рычага он использовал при конструировании и модернизации катапульты, а также в сложных системах блоков.
Сведения об изобретениях сиракузского мудреца не лишены мифологических и легендарных элементов: некоторые авторы даже рассказывают о применении им так называемых зажигательных зеркал, лучи которых смогли поджечь римский флот. Здесь мы еще раз обратимся к некоторым источникам, упомянутым в первой главе, чтобы привести библиографические ссылки на обсуждаемые механизмы.
История инженерной мысли восходит к самим истокам возникновения человечества, если под инженерией понимать использование инструментов для улучшения человеческой жизни.
И все же именно ко времени Архимеда нам следует отнести начало научной инженерной деятельности, которая заключается в применении геометрических знаний к явлениям физического мира и в постройке различных механизмов. Филон Византийский (280-220 до н. э.) писал свои трактаты на койне, общегреческом диалекте того времени, чтобы его могли понять все интересующиеся специалисты. В своем труде «О метательных машинах» он анализирует устройство катапульты, исходя из веса метаемого снаряда и запасенной упругим элементом энергии. Герои Александрийский заимствовал некоторые идеи Архимеда, уточнив, к примеру, законы рычага и практически предвосхитив третий закон Ньютона — закон о действии и противодействии. Это привело к созданию им первой паровой турбины, известной как «эолипил» и состоявшей из закрытого шарообразного сосуда с двумя изогнутыми трубками: вырываясь из них, пар заставлял машину быстро вращаться. С практической точки зрения паровая машина Герона была всего лишь одним из модных автоматов той эпохи. Архимед же направил свои силы на математическое обоснование, необходимое для конструирования и постройки некоторых из подобных машин.
Видимо, Архимед использовал свой талант не только в военной области, но и в других сферах жизни: например, он сконструировал систему для подъема воды, известную теперь как архимедов винт, о которой мы еще поговорим.
Великих исторических деятелей часто увековечивают на изображениях почтовых марок, и Архимед — не исключение. Приведем несколько примеров таких марок.
А: Италия. Дата выпуска: май 1983 года. Хотя изображение на марке заявлено как бюст Архимеда из неаполитанского Национального музея, на самом деле это бюст Архидама III. Здесь же изображен архимедов винт. В: Греция. Дата выпуска: апрель 1983 года. Эта картинка — перерисовка ренессансной мозаики, посвященной смерти Архимеда. Однако лицо у известного ученого такое же, как и на итальянской марке. Обратите внимание на равноплечные весы, символизирующие закон Архимеда.
С: Сан-Марино. Дата выпуска: апрель 1982 года. Забавно, что и здесь мы видим все то же изображение царя Архидама III. В правом верхнем углу находятся геометрические фигуры, которые древнегреческий ученый велел выбить на своем надгробии.
D: Гвинея-Биссау. Дата выпуска: 2008 год. Лицо снова чужое, то же самое, что и на предыдущих марках. В глубине — астероид, названный именем Архимеда.
Е: Никарагуа. Дата выпуска: 1971 год. Марка посвящена закону рычага. F: Испания. Дата выпуска: 1963 год. Репродукция картины испанского художника Хосе де Риберы (1591-1652), хранящейся в музее Прадо в Мадриде.
Гигантская «сиракузия» и архимедов винт
Греческий писатель Афиней Навкратийский (ок. 200) рассказывает в своей книге «Пир мудрецов», что тиран Гиерон II поручил Архимеду спроектировать огромный корабль, около 55 м длиной, принимающий на борт до 600 человек. Судно получило имя «Сиракузия» в честь одноименного города, а его постройку и отделку приписывают Архию Коринфскому.
Что касается корабля, построенного Гиероном, тираном Сиракуз, за изготовлением которого следил Архимед, то я не могу обойти его молчанием, ведь человек по имени Мосхион написал следующее:«[...]».
Афиней о постройке «Сирлкузии». Далее в тексте детально описываются характеристики корабля.
«Сиракузия» отличалась такими размерами, что вмещала декоративные сады, палестру, библиотеку и храм, посвященный богине Афродите. Когда корабль с грузом зерна был послан в качестве подарка египетскому царю Птолемею III, его название изменили на «Александрию». «Сиракузию» можно назвать « Титаником» древности, ведь ее масса составляла от 1600 до 1800 т. Это был самый большой корабль того времени, о котором нам известно, — судно, поистине гигантское для своей эпохи. В источниках остались сведения и о спуске корабля на воду, наряду с описанием других машин, построенных Архимедом, например катапульты. Размеры судна заставляли задуматься о том, как удалять из него воду, попавшую внутрь. Говорят, что именно для этого Архимед придумал свой знаменитый архимедов винт: «И хотя трюм был невероятно глубоким, но благодаря винту откачивать воду можно было силами одного человека, и это устройство было находкой Архимеда».
Возможно, винт на самом деле и не был изобретением Архимеда, ведь очень хорошо известно, насколько важное место занимала вода в жизни древних греков. Многие философы считали ее первоначалом всех вещей, в греческом пантеоне существовало множество связанных с водой богов. Морскими путями пользовались ежедневно для связей между городами и народами.
Пока Архимед не написал своего трактата «О плавающих телах», мало кто понимал, что, собственно, означает «плавать». Как оказалось, ключевым моментом в плавании тела является его плотность, а не вес. Трактат Архимеда послужил отправной точкой для развития теории судостроения. Во второй части трактата рассматривается равновесие в воде параболоидов — геометрических фигур, очень близких к обводам подводной части корабля. Долгое время суда строились исключительно из дерева, но потом стали использоваться и другие материалы, плотность которых превышает плотность воды: огромные корабли с корпусами из стали плавают на поверхности, несмотря на то что удельный вес этого металла явно выше удельного веса воды. Ведь кусок железа, брошенный в воду, тут же тонет. Каким же образом удается кораблю держаться на поверхности, если железо тяжелей воды? Ответ на данный вопрос заключен в самом строении корабля: надо учитывать, что в корабле есть пустоты, заполненные воздухом, из-за чего его средняя плотность получается меньше плотности воды. Вот почему корабль тонет, если место воздуха занимает вода. Именно это и случилось, например, со знаменитым «Титаником» в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года. Гигантское судно длиной 270 м, на котором находилось более 3500 человек, не смогло избежать столкновения с айсбергом и получило большую пробоину в борту, куда тут же хлынула вода. Чтобы предотвратить подобные трагедии, судостроительные верфи часто выпускают корабли с двойным корпусом (особенно это касается нефтеналивных танкеров), делая их менее уязвимыми в случае крушения.
Фотография «Титаника», сделанная 10 апреля 1912 года в начале его плавания в Саутгемптоне, Англия.
И не будем забывать, что использование воды много значило для всех людей древности: так, например, механизмы, поднимающие воду Нила на поля, обеспечивали более эффективную обработку земли. Однако в любом случае данное изобретение было и остается прочно связанным с именем Архимеда. Тот же Витрувий в одной из своих книг описывает «винтовой подъемник для воды», который, в сущности, и был архимедовым винтом, хотя он и не упоминает имени его изобретателя. Механизм представляет собой шнек, заключенный в наклонно расположенную трубу, и служит для подъема воды или зерна при постоянном вращении, поэтому его иногда называют бесконечным винтом.
Тепловой луч
Еще одна широко распространенная легенда, связанная с Архимедом, повествует об уничтожении флота римского полководца Марцелла, атаковавшего Сиракузы. Согласно ей, Архимед использовал большие зеркала, отражающие солнечный свет, чтобы сжечь корабли противника. Данное изобретение известно как «тепловой луч», или «зажигательные зеркала Архимеда». Конечно, речь идет не более чем об очередной легенде, связанной с именем нашего героя, которых существует немало. Однако подобное явление иногда имеет место быть: вспомним, например, что не стоит оставлять кусок стекла на сухих листьях во избежание пожара. Отрицать же подлинность этого исторического анекдота можно на основании двух аргументов: отсутствие достоверных исторических источников и невозможность осуществить такое с научной точки зрения.