公元前287年,阿基米德生于西西里島的敘拉古(今意大利錫拉庫薩)。他的父親是天文學家和數學家。他11歲時被送到古希臘世界文化中心亞歷山大里亞城學習,學習期間對數學、力學和天文學有濃厚的興趣。在他學習天文學時,發明了用水力推動的星球儀,并用它模擬太陽、行星和月亮的運行及表演日食和月食現象。為解決用尼羅河水灌溉土地的難題,他發明了圓筒狀的螺旋揚水器,后人稱它為“阿基米德螺旋”。公元前 240年,他回敘拉古后,當了國王亥厄洛的顧問,幫助國王解決生產實踐、軍事技術和日常生活中的各種科學技術問題。傳說他晚年所發明的作戰機械把羅馬入侵者阻止于敘拉古城外長達二三年之久。另一難于置信的傳說是,他曾讓許多人手執凹面鏡會聚陽光,燒毀了羅馬軍隊的木制戰艦。公元前212年,敘拉古城失陷,正在聚精會神地研究科學問題的阿基米德,不幸被蠻橫的羅馬士兵殺害。
阿基米德的主要科學貢獻是:
①系統總結并嚴格證明了杠桿定律,為靜力學奠定了基礎。在總結前人經驗的基礎上,阿基米德系統地研究了物體的重心和杠桿原理,提出了精確地確定物體重心的方法,指出在物體的重心處支起來,就能使物體保持平衡。在《論平面圖形的平衡》一書中,進一步確定了各種平面圖形的重心,并對杠桿平衡條件做了嚴格的數學證明。得出重物的重量比和它們離支點的距離成反比的杠桿定律。運用這一定律,阿基米德設計過杠桿滑輪系統,創造了用小力把大船拉到水里等奇跡。為了說明杠桿原理的威力,他曾說過:“假如給我一個支點,我就能推動地球。”
②發現阿基米德原理,從而奠定了流體靜力學的基礎。傳說亥厄洛王召見阿基米德,讓他鑒定純金王冠是否摻假。他冥思苦想多日,在跨進澡盆去洗澡時,從看見水面上升得到啟示,作出了關于浮體問題的重大發現,并通過王冠排出的水量解決了國王的疑問,在著名的《論浮體》一書中,他詳細闡述了這一發現,總結出了著名的阿基米德原理:放在液體中的物體受到向上的浮力,其大小等于物體所排開的液體重量。從此使人們對物體的沉浮有了科學的認識。
③確定各種幾何圖形的面積和物體的表面積、體積的計算方法,創立“窮竭法”。他精通幾何學,先后發現了幾十條定理。在《圓的度量》等著作中,提出了計算圓的周長、面積及扇形面積的準確公式;他用圓內接多邊形與外切多邊形邊數增多、面積逐漸接近的方法精確求出圓周長與直徑之比(即常數π)應處在小于、大于的誤差范圍。在這些計算中,他創立的“窮竭法”,實質上與現代數學積分計算的基本思想相同。在《論拋物線形的求積法》、《論球和圓柱》等著作中,阿基米德在計算拋物線弓形面積和球、橢球、旋轉拋物體等的表面積與體積時,進一步發展了“窮竭法”,可以說是現代微積分法的先導。他還首創記任意大數的方法,突破了當時用希臘字母記數最大數不能超過一萬的局限等。
和他的前輩及同時代的一些學者相比,阿基米德的學術活動有一個顯著的特點,就是他既極為重視科學的嚴密性、準確性,要求對每一個問題都進行精確的、合乎邏輯的證明;又非常注意科學知識的實際應用,親自設計制造過多種機械裝置和建筑物,開創理論研究和實際應用密切結合的學風。
流傳下來的阿基米德的著作除上文提到的外,尚有《螺線》、 《論錐體和球體》、 《沙的計算》等。據現在所知,他失傳的著作有《天球儀的制造》、《論杠桿》、《支持》、《原理》和《反射光學》等。在他死后差不多兩千年,在公元1670年,英國牛津出版了《阿基米德遺著全集》。經歷了這么多世紀而保留下來的阿基米德的著作,就全部收在這部全集中了。
《中國大百科全書 物理學Ⅰ》 第3頁 作者 :陳浩元 沈小峰
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