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アルキメデスの遺産:発明と発見

クレジット:ウィキメディア-コモンズ

アルキメデスは、彼の時代に先んじて男の完璧な実施形態です。 哲学や芸術、確立された民主主義を実践した仲間の間でさえ、シュラクサイのアルキメデスはそれらをすべて上回っていました。,真の博物学、アルキメデスは天文学、幾何学、論理、物理学、数学の分野で活躍し、彼の時間の最高のエンジニアと発明者として認識されました。 彼の壮大な遺産の一部として、2000年以上前からの彼の発明や発見の多くは、今日でも使用されています。

Archimedes’screw

この独創的に考案されたデバイスは、貧しい農家が作物を灌漑するのを助けるためにArchimedesによって発明されました。 装置は空の包装の中のねじメカニズムから成っている。, ねじが、風車か肉体労働によって回るとき、ねじの下端は重力に対して包装を通って最後の糸を通って潅漑の運河に達するために脱出するまで水をすくいましたり、そして動かします。

アルキメデスのねじのモデルは、おそらくプトレマイオス期後期のもので、下エジプトで発見されています。Credit:The New York Times,June18,1898

今日、同じ原理が排水および灌漑のための現代の機械、およびいくつかのタイプの高速ツールでも使用されています。, それはまた穀物のようなライト、緩い材料、砂および灰を扱うために応用である場合もあります。 もちろん、これらはより印象的に見えます。 1980年以降テキサス州市,TX,USA使八12-ft.-暴風雨の流出を管理する直径のアルキメデスねじ。 各ねじは750馬力ディーゼル機関によって動力を与えられ、毎分125,000ガロンまでポンプでくむことができる。 SSアルキメデスは、スクリュープロペラを搭載した最初の蒸気船であった偉大な発明家にちなんで命名された船でした。

12フィートの一つ。-テキサスシティ、テキサス、米国の直径のアルキメデスねじ。, クレジット:人気の力学(April1980、62ページ)。

バーニングミラー

ガレリア-デッリ-ウフィツィ(フィレンツェ、イタリア)のStanzino delle Matematicheからの壁画。 ジュリオ-パリージ(1571年-1635年)によって1599年から1600年にかけて描かれた。

発明者としての彼のキャリアを通じて、アルキメデスは頻繁に彼らの公正な都市を保護するために戦争マシンを発明するため, シラキュースに対して航海するのに十分な愚かな船を燃やすために太陽光発電を集中した都市の壁に置かれた大きな鏡のシステム–そのような彼の”燃える鏡”のケースです。 物語は非常に物議を醸しており、今日でも歴史家やエンジニアはこれが事実であるか神話であるかを議論しています。

アルキメデスの古代の死の光線に関する最も初期の記述は、12世紀にZonaresとTzetzesによって書かれました。,

マルセッラスが船に弓を撃ち落としたとき、老人は一種の六角形の鏡を作りました。 彼は彼らのヒンジと金属の特定のプレートによって移動された同じ種類の他の小さなミラー、ミラーから適切な距離に置きました。 彼は夏と冬の両方で、正午に太陽の光の中にそれを置いた。 これによって反射されている光線は、恐ろしい燃えるような燃えるような船に興奮し、それは弓のショットの距離から、灰にそれらを減少させました。 したがって、老人は彼の発明によってマルセッラスを困惑させた。,

スペインのセビリア近郊に位置する”Gemasolar”CSP工場。 Credit:TORRESOL ENERGY

狡猾な老人、確かに、それは本当に起こったのですか? スクラップを燃やすために虫眼鏡を使用した子供が証明することができるように、太陽を集中させて高温を得る鏡の能力は神話ではありません。 今年、モロッコは百万人の家に動力を与えるのに十分な電気を発生させる世界の最も大きい集中された太陽エネルギー(CSP)の植物を開けた。, CSPの植物は普通熱伝達の液体(HTF)、普通熱オイルを含んでいる管機構に日光を反映する12mの高い放物線ミラーを使用する。 これはほぼ400°C.に液体の温度を高める。HTFが標準的なタービン発電機の蒸気を熱するのにそれから使用されている。 いくつかのCspは、ターゲットタワーを華氏1,000度(摂氏537度)を超える温度に加熱するので、アルキメデスが敵船を燃やすのに似たものをどのように引っ張ったのか想像するのは簡単です。,

本当の問題は、それ自体が可能かどうかではなく、アルキメデスが実際に二千年前に彼の処分でツールとリソースを使用して燃焼ミラーシステムを作

どうやら、1973年にギリシャの科学者Ioannis Sakkas博士は、アルキメデスが本当にローマ艦隊を破壊するために”燃えるガラス”を使うことができるかどうかについて興味を持ったので、彼は60人のギリシャの船員がそれぞれ長方形の3’×5’の平らな鏡を使って160フィート離れた木製の手漕ぎボートに光を集中させる実験を行った。, それはボートが非常に可燃性であるタール塗料でコーティングされた言及する価値があるけれども、ボートはかなり迅速に火に設定されました。 タール塗料は、アルキメデスの時代に船を塗装するために頻繁に使用されました。しかし、最近では、Mythbustersが独自の再現を行ったとき、物事はかなりスムーズに行きませんでした。 2010年には、500人のボランティア中高生によって制御された500枚のフラットミラーが船の帆に焦点を当てており、500°Fで燃焼しているはずであり、230°F以下に達することはできなかったため、チームはこれを”決定的ではない”と分類した。, 実験期間中模型ボートに駐留していたジェイミー-ハイネマンは、しかし、彼はほとんど見ることができなかったと言いました。 について質問したところアルキメデス’焼きミラーはがしても利用されたため眩しい敵をより燃焼をしている。

ゴールドクラウンと”Eureka!”

ローマの建築家Vitruviusによると、シュラクサの王Hiero IIは月桂樹の花輪のような形をした金の王冠を寺院に置くよう依頼しました。 王自身が金の重量を量り、金細工師にそれを芸術作品に変えるための材料を与えました。, 任命された日に、金細工師は王が命じたように、月桂樹の花輪のような形をした金の王冠を彼の傑作に提示しました。 たときの重量で同じ量として測定した。 王は喜んでいましたが、神殿の儀式の数日前に、金細工師が彼を騙して純金ではなく、銀が混じった金の王冠を与えたという噂を聞きました。,

ヒエロは、真実を発見し、彼の問題を解決することができるシラキュースの唯一の男があったと信じていました—彼のいとこ、アルキメデス、すでに数学、物理学、工学の彼の仕事のために公正な都市で自分自身を区別する22の若い男。

挑戦に直面したとき、アルキメデスは物事の底に到達するために巧妙な科学実験を考案しましたが、状況を徹底的に熟考した後まではありま

伝説によると、ある日、アルキメデスが銭湯で入浴している間に金の王冠を考えていたということがあります。, 彼は彼の最後のディップのために冷たいバスタブに入り始めたとして、彼は水が両側に滴り始めた気づいた。 彼はお風呂に彼の体を下ろし続けたとして、さらに多くの水が浴槽の側面に走った。 この瞬間、彼はHieroの問題の解決策を認識し、すぐに浴槽から飛び出し、服を着ることを覚えずに家に帰って走り、”Eureka、Eureka!”-ギリシャ語では、”私はそれを見つけました! 私はそれを見つけました!’

悲しいかな、”ユーレカ!,”ストーリー自体は捏造である可能性が高いが、アルキメデスは本当に浮力の法則を述べた最初のものとして信じられている。

アルキメデスの原理

アルキメデスの原理は、水中の物体に対する浮力は、物体によって変位された流体の重量に等しいと述べています。

彼は王冠が純粋な金であれば、その量は形に関係なく、金の塊(彼は確かに王冠と同じ重量を量っていた)の量と同じになり、金と同じ量の水を置き換えることを知っていました。, 金細工師が実際に騙して金の一部を銀に置き換えた場合、金と銀の量はより大きくなり、王冠はより多くの水を置き換えるでしょう。 ウィトルウィウスによると、アルキメデスはこの方法を使用し、金細工師が実際にだまされていたことを発見した。

しかし、懐疑論者は確信していませんでした。 1586年までさかのぼると、ガリレオはLa Bilancetta、またはThe Little Balanceという短い論文を書き、金と銀の量の違いが小さすぎるため、この方法はうまくいかないと主張した。, 代わりに、彼はアルキメデスが同様の、しかしより狡猾な技術を使用することを提案した。 要するに、アルキメデスはおそらくスケールの一方の端に金の王冠を吊り下げ、もう一方の端に等しい質量の金の塊を吊り下げたと考えられています。

その後、スケールは水に沈められ、両方の内容物はまだスケールの端にあったでしょう。 水に浸された体は、体によって変位された水の重量に等しい力によって浮いているので、同じ重量に対して体積が小さい密度の体は、密度の低いものよりも水中で低く沈むであろう。, 王冠が純金であれば、水の下でも鱗はバランスをとり続けるでしょう。

鉄の爪

ジュリオ-パリージによるアルキメデスの爪の絵で、文字通り”鉄の手”という名前を取っています。

アルキメデスによって設計されたさらに別の戦争マシン、いわゆる鉄の爪を続けます。 その名前に忠実に、この機械装置はシラキュースの旧市街の壁に設置されました。 正確なデザインは時間内に失われていますが、その目的は熱心なローマ船を倒すことでした。, 一旦爪が船の下腹部に固定されると、それは上向きに引っ張られ、遠くから解放されるでしょう。 2005年、ディスカバリーチャンネルの古代世界の超兵器の生産者は、紀元前3世紀に利用可能であることが知られている技術と材料のみを使用するという条件で、この難解なデバイスを複製するようエンジニアに挑戦しました。 七日以内に、彼らは彼らの創造をテストすることができました、そして彼らはそれが沈むようにローマの船のモデルをひっくり返すことに成功しまし,

走行距離計

画像:YouTube

アルキメデスの”ユーレカ”を占めた同じウィトルウィウス!”モーメントはまた、アルキメデスが持っていることを報告しました”ホイールが手押し車に取り付けられているのとほぼ同じ方法で、小さなフレームに既知の円周の大きなホイールをマウントし、それが手で地面に沿って押されたとき、それは自動的に各回転時にコンテナに小石を落とし、移動距離の尺度を与えました。 それは事実上、最初の走行距離計でした”とブリタニア百科事典によると。, この機構は、第一次ポエニ戦争の間にアルキメデスによって発明されたと言われている。 それは皇帝コモドゥス(192A.D.)の時まで使用されていたようで、その後十五世紀半ばまでヨーロッパで失われました。

ブロックとタックルプーリーシステム

彫刻はメカニックズマガジン(バウンドボリュームIIのカバー、騎士&レイシー、ロンドン、1824)

“私に立つ場所を与える、そして私は地球を動かすことができる”アルキメデスはかつてレバーの力について話していた。, 彼はレバーを発明しなかったが、彼は飛行機の平衡に関する彼の仕事に関わる原則の説明をした。

アルキメデスのレバーの法則

等しい距離で等しい重みは平衡状態にあり、等しい距離で等しい重みは平衡状態にありませんが、より大きな距離

特定の距離の重みが平衡状態にあるとき、何かが重みのいずれかに追加された場合、それらは平衡状態ではなく、追加が行われた重みに向かって傾,

同様に、いずれかの重みから何かが取り除かれた場合、それらは平衡状態ではなく、何も取られなかった重みに向かって傾いています。

等しい平面図形と類似した平面図形が互いに適用された場合に一致するとき、それらの重心は同様に一致する。

Archimedes,On the Equilibrium of Planes or The Centers of Gravity of Planes I,Great Books of the Western World,v11,Britannica,1952,pp.502-509

おなじみの王ヒエロンはこの声明に非常に感銘を受け、アルキメデスにそれを証明するように頼んだ。, 当時のシラキュースは噛むことができる以上に噛んでいたので、機会は非常にフィッティングに見えました。 市は塔、彫像、体育館、図書館、さらには寺院と一緒にエキゾチックな森と大理石の豪華な装飾が満載シラクーシアと呼ばれる壮大な55メートルの船を建 ああ船はアルキメデスによって設計された プルタルコスによると、アルキメデスは複雑な滑車のシステムを使ってシュラクサイを港から出すことができたが、彼の説明は少し詩的すぎるように見える。,

“力を与えられたと述べていた、任意の与えられた重量が移動される可能性があり、さらに自慢し、我々は言われている、デモンストレーションの強さに頼って、別の地球があった場合、それに入ることによって、彼はこれを削除することができます。,イエロはこれに驚いて打たれ、実際の実験によってこの問題を良くするために彼を懇願し、小さなエンジンで動いたいくつかの大きな重量を示し、彼海の中で。,”

シラクーシアのアーティストの印象。

“アルキメデスは彼のデモンストレーションのために、大きなギャングによって莫大な労働で運ばれていた王立艦隊の三マストの商人男性を選び、彼は通常の貨物を積み込んで多数の乗客を乗り出した。, 彼はその後、離れていくつかの距離で自分自身を座って、任意の顕著な力を使用することなく、単に滑車の複雑なシステムを介して彼の手でトラクションを発揮、彼は彼女が水を滑空していたかのように滑らかでさえ動きで彼に向かって容器を描きました。、”プルタルコス,

球と円柱の幾何学

Credit:Wikipedia

有名なギリシャの伝記作家であるプルタルコスによると、アルキメデスは彼が発明した機械的な仕掛けについて低い意見を持っていた。全体の古代の世界。 代わりに、彼は数学と物理学の彼の理論的探検に楽しんだ。 アルキメデスは現存する九つの論文にクレジットされており、その中には球体と円柱上の二つの巻がある。, この素晴らしい作品では、アルキメデスは、半径rの任意の球の表面積は、その最大円の四倍であり(現代の表記法では、S=4nr2)、球の体積は、それが内接している円柱の三分の二である(V=4/3nr3)と決定した。 アルキメデスはこの業績を誇りに思っていたので、墓に”円柱に内接された球”が刻まれるように指示を残した。”マルクス-トゥリウス-キケロ(紀元前106-43)は、アルキメデスの死の後、一世紀半の植生で生い茂った墓を発見しました。,

円の測定

Credit:YouTube

円の面積を決定することは、かつては大きな数学的な課題と考えられていました。 アルキメデスは、”円を二乗する”と呼ばれる方法でそれを近似する方法を見つけました。 彼はまず、円の内側に内接する正方形を作成しました(内接は、それが正確に内側に収まり、その頂点が円の端に触れるだけであることを意味します)。, 彼は正方形の面積が(両側の積)であることを知っていたので、円の面積がその内接正方形の面積よりも大きいことは明らかでした。 彼は徐々に円の真の領域にさらに近づくために、より複雑なポリゴンで彼の方法を働いた。

クレジット:uchicago.edu

最終的に、アルキメデスはこれを本当にうまくいき、円の直径に対する円周の比率であるπ(pi)を発見しました。, 驚くべき96面多角形を使用した彼の計算は、piが”3と10/71と3と1/7の限界の間”にあることを示唆しています。 言い換えれば、彼は二桁(3.14)にpiに等しい推定値を計算しました。 1500年後に微積分学と無限級数の計算が登場するまで、アルキメデスによって見つかった数字に多くの数字は追加されませんでした。1655年にイギリスの数学者が無限級数の比の積としてpiの公式を導いたとき、大きな進歩がなされました。