浮力故事+Maths成就
阿基米德小介
阿基米德Archimedes'公元前287一前212年
阿基米德出生在西西里島上希臘人建立的敘拉古城,父親是天文學家和數學家。他從小受家庭影響,十分喜愛數學。十一歲時,他到埃及 亞歷山大城入學。這里是當時的一個文化中心,學者雲集,文學、數學、天文學、醫學的研究都很發達,尤以數學最為重要。阿基米德在這裏跟隨許多著名的數學家學習,奠定了日後從事科學研究的基礎。
阿基米德創造了機械學和流體靜力學;發現了槓桿定律和浮力的原理---「阿基米德原理」;發明了阿基米德螺杆、天文儀器、作戰機器等。阿基米德、在數學方面也有極輝煌的成就。他確定許多物體的表面積和體積的計算方法;為微積分的發展打下了基礎。
研究碩果
阿基米德的著作中,有三本是講平面幾何的,它們是:《圓的量度》﹝Measurement of a circle﹞阿基米德將歐幾里得提出的趨近觀念作了有效的運用,他提出圓內接多邊形和相似圓外切多邊形,當邊數足夠大時,兩多邊形的周長便一個由上,一個由下的趨近於圓周長。他先用六邊形,以後逐次加倍邊數,到了九十六邊形,求得圓周率π的估計值介於3.14163和3.14286之間。圓周率就是圓周對其直徑之比。另外他算出球的表面積是其內接最大圓面積的四倍。求圓面積的方法,求球面積的方法,求球之體積的方法等,都是他發明的。 阿基米德的研究領域相當廣泛,包括:數學、力學、物理學、天文學等。以下是其中兩項幾何學的研究成果:
1_圓周率π
阿基米德採用現稱「割圓術」的方法,求得圓周率π界乎3.14163和3.14286之間.
2_球體和柱體的面積和表面面積
除了平面幾何外,阿基米德對立體幾何也有相當的研究,他指出:「以球體的大圓為底、直徑為高製作一個圓柱,圓柱的體積和表面面積分別是球體體積和表面面積的。」即:
體積 = V1 體積 = V2
表面面積 = A1 表面面積 = A2
有一次,阿基米德在久旱的尼羅河邊散步,看到農民提水澆地相當費力。他經過思考,發明了阿基米德螺旋提水器-----一種用螺旋在水管里旋轉而提水的工具,這個工具成了後來螺旋推進器的先聲。
皇冠的測量
釵拉古國王叫一個工匠做了一頂純金的皇冠。國王將阿基米德找來,要他在不損壞皇冠的條件下,想法測定出皇冠是否摻了假。
這可是個難題。阿基米德回家冥思苦想了幾天,吃不下飯,睡不好覺。一天,他在洗澡的時候發現,當他的身體在浴盆里沉下去的時候,就有一部分水從浴盆邊溢出來;而且,他覺得入水愈深,體重就愈輕。「找到了!找到了!稱量皇冠的辦法找到了!」他跳出浴盆,欣喜地喊起來。
阿基米德立刻進宮,在國王面前將與皇冠一樣重的一塊金子、一塊銀子和皇冠,分別放在水盆里,只見金塊排出的水量比銀塊排出的水量少,而皇冠拼出的水量比金塊排出的水量多。阿基米德、自信地對國王說:「皇冠裏摻了銀子!」
國王沒弄明白,要阿基米德解釋一下。阿基米德、說:「一公斤的木頭和一公斤的鐵比較,木頭的體積大。如果分別把它們放入水中,體積大的木頭排出的水量比體積小的鐵拼出的水量多。我把這個道理用在金子、銀子和皇冠上。因為金子的密度大,銀子的密度小,因此,同樣重量的金子和銀子,必然是銀子體積大於金子的體積,放入水中,金塊排出的水量就比銀塊少。剛才的實驗,皇冠排出的水量比金子多,說明皇冠的密度比金塊密度小,從而證明皇冠不是用純金製造的。」
浮力定律 Principle of Buoyancy──阿基米德定律
,簡單地說,就是---物體浸在水中所失去的重量=它所排開的液體重量。FB = mg
---states that the buoyant force FB exerted on a floating body is equal to the weight mg of the volume of water which is displaced by that body
---since the weight of water is about 62 pounds per cubic foot, huge forces result from large displacements, so it becomes understandable how steel ships float.
this law or principle is used in determining specific gravity of various substances.
國王信服了。事實證明那個工匠私吞了黃金。
阿基米德大破羅馬艦隊
阿基米德很愛動腦子,走路在想,吃飯也在想,還一邊在畫圖形,方的,圓的,三角的......想著,畫著,就忘了吃飯了。
那時候,這個國家,那個國家,常常打仗。希臘是個很小的國家,因為打仗,許多年青力壯的男人犧牲了,城市裏,農村裏,見到的盡是老人、婦人和孩子。有一年,羅馬帝國又來侵略希臘了,羅馬帝國的士兵是坐了軍艦來的,那時候的軍艦是木頭做的大船,船上豎著一根根桅杆,桅杆上掛著很大的布蓬。
希臘的老人、婦人和孩子站在海岸上,看見羅馬帝國的軍艦一艘接著一艘,越來越近了,啊,看得見軍艦上的士兵了,他們手裏拿著閃亮的刺刀,殺氣騰騰。
眼看羅馬帝國的軍艦近岸來了,希臘人急得又哭又嚷,亂哄哄的。
「不要慌,不要慌!」忽然有個人大聲喊叫起來。
這是誰呀?大家一看,都認得他,他就是阿基米德。
阿基米德跳到一塊高高的石頭上,把眼睛睜得大大的,對大家說:「快回家去,把你們的鏡子全拿來。快,快!」
打仗要用刀用槍,拿鏡子幹什麼呀?大家呆呆地站著, 一動也不動。
有個人說:「聽阿基米德的話,準沒錯!大家快回家去拿鏡子吧!」 大家都知道阿基米德是希臘最聰明的人,就一齊跑回家去,拿了鏡子來。人多,鏡子也多,有上千面鏡子呢。
這時候,太陽高高地掛在天空,阿基米德就指揮大家拿著鏡子,把反射的陽光對準第一艘軍艦上的布蓬,也真奇怪,那艘軍艦的布蓬著火了,海風咪啦啦一吹,火越燒越旺,把軍艦也燒著了。阿基米德又指揮大家拿著鏡子對準第二艘軍艦,第二艘軍艦也著火了。就這樣,第三艘、第四艘軍艦都著火了。嚇得後面幾艘軍艦回頭就跑。
勝利啦!海岸上的希臘上圍著阿基米德歡呼起:「阿基米德真有本事!真有本事!」
阿基米德摸摸自己的鬍子,笑眯眯地說:「我有什麼本事呀?是太陽幫了咱們的忙。你們想,咱們上千面鏡子,把太陽光反射到布蓬上去,溫度多高呀!這麼著,布蓬就著火了。」
阿基米德之死
羅馬帝國吃了敗仗,它的將軍和士兵對阿基米德又怕又恨。他們想,哪天打到希臘去,非把這個老頭兒殺死不可。後來有一次,羅馬帝國的軍隊趁希臘人沒有防備,打到希臘來了。
幾個羅馬士兵,找到了阿基米德的家,把門踢開,跑了進去。屋子裏靜悄悄的,沒有一點聲音。羅馬士兵還當阿基米德在睡大覺呢,跑到他的臥室裏一看,床上空空的,沒有人。他們跑到另外一間屋子裏去,才看見一個人,是個白鬍子老頭兒,面前攤著一張紙,紙上畫著許多圖形,他正在解一個難題呢。他就是阿基米德,這年,他已經75歲了。
阿基米德那麼專心,連羅馬士兵站在他跟前也沒有發覺,真到羅馬士兵用刺刀碰了碰他的鼻子,他才抬起頭來。
「你是阿基米德嗎?今天我們要殺了你!」羅馬士兵一腳踩住他畫的圖形,一手揪住他的頭髮,拖著他就往外跑。
阿基米德推開羅馬士兵,不慌不忙地說:「慢來,慢來!」他指著地上的圖形,接著說:「這個難題我還沒有做出來呢,我不能把這個難題留給人家去做啊!等我把這個難題做出來以後,你們再殺我的頭吧。」
野蠻的羅馬士兵,不理阿基米德,還是把他殺死了。