ВВЕДЕНИЕ Современные техники долго не могли понять какими приспособлениями пользовались древние строители, возводя огромные сооружения, сохранившиеся в течение тысячелетий: египетские пирамиды, обширные храмы и стоящие у входа цельные каменные колонны - обелиски. Рисунки на стенах развалин храмов дают ключ к разгадке способов, какими пользовались вавилоняне, египтяне и другие древние народы для доставки массивных каменных глыб. Все задачи техники в древних странах Востока разрешались силой большого числа рабочих. Единственной машиной, увеличивающей силу человека, служил рычаг.

ВВЕДЕНИЕ Применяя для увеличения силы рычаг, блок и ворот и пользуясь разными передачами, греческие инженеры строили довольно сложные машины. Они уже не довольствовались чисто практическими правилами, выведенными из опыта, а хотели открыть законы, которыми объясняется действие машин. Теоретически впервые вывел правило рычага греческий ученый Архимед ( годы до нашей эры). Существует легенда, что греческий учёный Архимед, восхищённый открытым им правилом рычага, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». Архимед (художник Доменико Фетти, (художник Доменико Фетти, 17 век). 17 век).

Тема исследовательского проекта: «Проще простого». Цель: проверить справедливость высказывания Архимеда: «Дай мне, где стать, и я сдвину Землю». Задачи: 1. Обобщить знания по теме «Простые механизмы» 2. Исследовать факты, опровергающие и подтверждающие справедливость высказывания Архимеда. 3. Сформулировать предположения по данной проблеме. 4. Знакомиться с методам научного исследования: анализом синтезом, сравнением, доказательностью и опровержением, установлением функциональной зависимости явлений, построением моделей, интеграцией знаний, научным предвидением, осмыслением собственного опыта. 5. Проявление уважения к культурным традициям и научным достижениям других народов, самовоспитание. Разработчики: учитель физики МОУ «Гимназия 104 «Классическая гимназия», г. Екатеринбурга Осолодкова Л. И., сборная команда классов. Персональный идентификатор:

Гипотеза : Архимед прав в своем утверждении Архимед прав в своем утверждении.

Исторический факт «Однажды Архимед, - читаем мы у Плутархa, - написал сиракузскому царю Герону, которому он был родственник и друг, что данной силой можно подвинуть какой угодно груз и прибавил, что если бы была другая Земля, «он, перейдя на нее, сдвинул бы с места нашу».

Разные формулировки высказывания Архимеда : «Дайте мне точку опоры, и я переверну земной шар». «Дайте мне точку опоры, и я переверну земной шар». «Дайте мне где стать, и я переверну Землю». «Дайте мне где стать, и я переверну Землю». «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю». «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю». «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю».

Вот так Архимед мысленно пытался поднять Землю.

Первое опровержение Если бы великий механик древности знал, как огромна масса земного шара, он, вероятно, воздержался бы от своего горделивого восклицания. Если бы великий механик древности знал, как огромна масса земного шара, он, вероятно, воздержался бы от своего горделивого восклицания.

Масса Земли определена астрономами:

, т. е кг

Согласно формуле: P = mg, тело с такой массой весило бы на Земле кг

Если человек может поднять только 60 кг, то, чтобы "поднять Землю", ему понадобится приложить свои руки к длинному плечу рычага, который больше короткого в …

, т. е раз.

Это следует из теоретически выведенного Архимедом правила равновесия рычага : Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил. Это правило можно записать в виде формулы:

Вообразим на мгновение, что Архимеду дана та "другая Земля", та точка опоры, которую он искал; вообразим далее, что он изготовил рычаг нужной длины. Вообразим на мгновение, что Архимеду дана та "другая Земля", та точка опоры, которую он искал; вообразим далее, что он изготовил рычаг нужной длины. Второе опровержение

Пока конец короткого плеча поднимается на 1 см, другой конец опишет во вселенной огромную дугу в м

Природу не обмануть! Выигрывая в одном, проигрываем в другом. Посмотрим на рисунок. Пусть мы уравновесим с помощью рычага две разные силы, но при вращении рычага за одно и то же время точка приложения меньшей силы F 2 проходит больший путь S 2, а точка приложения большей силы F 1 – меньший путь S 1. Так проявляет себя на практике «Золотое правило механики».

Такой невообразимо длинный путь должна была бы пройти рука Архимеда, налегающая на рычаг, чтобы "поднять Землю" только на один сантиметр!

Если считать, что человек способен поднять груз в 60 кг на высоту 1 м в одну секунду, то скорость поднятия груза: то тогда для "поднятия Земли" на 1 см потребуется секунд или триста тысяч биллионов лет: Третье опровержение

Если бы даже гениальный изобретатель довел быстроту своей руки до величайшей скорости, какая возможна в природе км в секунду или (скорость света),то и при таком фантастическом допущении он "поднял бы Землю" на 1 см лишь после 1 миллиона лет работы.

лет.

Вывод За всю свою долгую жизнь Архимед, напирая на рычаг, не поднял бы Землю даже на толщину тончайшего волоса.

Исторический факт Обратимся еще раз к историческому письму Архимеда к сиракузскому царю Герону, в котором он, вдохновленный открытым им правилом равновесия рычага, пишет о его неограниченных возможностях и прибавляет, что если бы была другая Земля, «он, перейдя на нее, сдвинул бы с места нашу».

Герон потребовал доказательств. Тогда Архимед загрузил целый корабль, на который вошла команда, а затем с помощью системы блоков, называемой полиспастом, один очень легко заставил корабль двигаться по воде. Герон был поражён.

Уточнения к словам Архимеда Под выражением поднять Землю, следует подразумевать поднятие на земной поверхности такого груза, масса которого равна массе нашей планеты.Под выражением поднять Землю, следует подразумевать поднятие на земной поверхности такого груза, масса которого равна массе нашей планеты. Архимед знал, что нет такого груза, которого нельзя было бы поднять самой слабой силой, если воспользоваться рычагом: стоит только приложить эту силу к очень длинному плечу рычага, а короткое плечо заставить действовать на груз, т.е. напирая на чрезвычайно длинное плечо рычага, можно силой рук поднять и груз, масса которого равна массе земного шара.Архимед знал, что нет такого груза, которого нельзя было бы поднять самой слабой силой, если воспользоваться рычагом: стоит только приложить эту силу к очень длинному плечу рычага, а короткое плечо заставить действовать на груз, т.е. напирая на чрезвычайно длинное плечо рычага, можно силой рук поднять и груз, масса которого равна массе земного шара. Вся жизнь и научная деятельность Архимеда доказывают, что гениальный ученый не мог сделать необдуманного заявления.Вся жизнь и научная деятельность Архимеда доказывают, что гениальный ученый не мог сделать необдуманного заявления.

Научная деятельность Архимеда Архимед - физик Разработал научные основы статики (наука о равновесии тел), в частности, ввел понятие центра тяжести и момента относительно прямой и плоскости, определил положение центра тяжести многих тел и фигур, математически вывел законы рычага, сформировал правило сложения параллельных сил.Разработал научные основы статики (наука о равновесии тел), в частности, ввел понятие центра тяжести и момента относительно прямой и плоскости, определил положение центра тяжести многих тел и фигур, математически вывел законы рычага, сформировал правило сложения параллельных сил. Заложил основы гидростатики (наука о равновесии тел в жидкости). Заложил основы гидростатики (наука о равновесии тел в жидкости).

Архимед - физик В сочиненииВ сочинении «О плавающих телах», дошедшем до нас в переводе, содержатся основные положения гидростатики, в частности, её основной закон (Закон Архимеда).«О плавающих телах», дошедшем до нас в переводе, содержатся основные положения гидростатики, в частности, её основной закон (Закон Архимеда). С помощью этого закона Архимед решил задачу о содержании золота и серебра в короне сиракузского царя Герона.С помощью этого закона Архимед решил задачу о содержании золота и серебра в короне сиракузского царя Герона.

Историки считают Архимеда одним из трех величайших математиков человечества (другие два Ньютон и Гаусс).Историки считают Архимеда одним из трех величайших математиков человечества (другие два Ньютон и Гаусс). Архимед заложил основы интегрального исчисления и теории сверхмалых чисел. Он доказал, что соотношение длины окружности к ее диаметру равно соотношению площади круга к квадрату его радиуса. Ученый, конечно, не назвал это соотношение «числом Пи», однако довольно точно определил ее значение в интервале от 3+10/71 (примерно 3,1408) до 3+1/7 (примерно 3, 1429).Архимед заложил основы интегрального исчисления и теории сверхмалых чисел. Он доказал, что соотношение длины окружности к ее диаметру равно соотношению площади круга к квадрату его радиуса. Ученый, конечно, не назвал это соотношение «числом Пи», однако довольно точно определил ее значение в интервале от 3+10/71 (примерно 3,1408) до 3+1/7 (примерно 3, 1429). Не менее значительны и другие сочинения: «О коноидах и сфероидах», «О спиралях», «Измерение круга», «Квадратура параболы».Не менее значительны и другие сочинения: «О коноидах и сфероидах», «О спиралях», «Измерение круга», «Квадратура параболы». Архимед - математик

Инженерный гений Архимеда проявился при драматических обстоятельствах осады Сиракуз римлянами весной 214 г. до н.э., когда Архимеду было уже за семьдесят. Победа над римлянами стала величайшим триумфом, который когда-либо выпадал на долю ученых. Из рассказа Полибия явствует, что машинами для обороны города Архимед занимался задолго до того, как они пригодились. Эти машины поразили воображение современников. И не только машины. Полибия явно восхищает и удивляет глубокая, математически продуманная Архимедом оборона Сиракуз. Видимо, ученый умел рассчитывать не только геометрические соотношения. Архимед - инженер

В рассказе Полибия перечень оборонительных средств выглядит так: метательные машины; метательные машины; машины для сбрасывания камней и «груд свинца» на корабли; машины для сбрасывания камней и «груд свинца» на корабли; машины с «железными лапами», опрокидывавшие корабли и хватавшие воинов; машины с «железными лапами», опрокидывавшие корабли и хватавшие воинов; применение бойниц, устроенных в теле крепостных стен. применение бойниц, устроенных в теле крепостных стен. Римляне были шокированы, увидев машины Архимеда в действии. Плутарх пишет, что иногда дело доходило до абсурда: увидев на стене Сиракуз какую-нибудь веревку или бревно, непобедимые римские легионеры в панике спасались бегством, думая, что сейчас против них будет применен очередной адский механизм. Римляне были шокированы, увидев машины Архимеда в действии. Плутарх пишет, что иногда дело доходило до абсурда: увидев на стене Сиракуз какую-нибудь веревку или бревно, непобедимые римские легионеры в панике спасались бегством, думая, что сейчас против них будет применен очередной адский механизм. Архимед - инженер

По некоторым свидетельствам, Архимед уничтожил множество кораблей неприятеля, используя совершенно неожиданный способ. Женщины Сиракуз, собравшиеся на берегу, направляли с помощью бронзовых зеркал солнечные лучи на корабли римлян, отчего смола на них вспыхивала.

Мы знаем всего о трех астрономических работах ученого. Во-первых, сам Архимед вскользь рассказал о своих измерениях углового диаметра Солнца и коснулся других астрономических вопросов в арифметическом сочинении «Псаммит».Во-первых, сам Архимед вскользь рассказал о своих измерениях углового диаметра Солнца и коснулся других астрономических вопросов в арифметическом сочинении «Псаммит». Во-вторых, христианский автор III в. Ипполит привел в своей книге «Опровержение всех ересей» значения расстояний между орбитами некоторых планет, взятых из какой-то утерянной позже работы Архимеда.Во-вторых, христианский автор III в. Ипполит привел в своей книге «Опровержение всех ересей» значения расстояний между орбитами некоторых планет, взятых из какой-то утерянной позже работы Архимеда. Наконец, в-третьих, сохранилось четыре разделенных столетиями упоминания о «небесном глобусе» Архимеда – своеобразном планетарии, который был одним изНаконец, в-третьих, сохранилось четыре разделенных столетиями упоминания о «небесном глобусе» Архимеда – своеобразном планетарии, который был одним из замечательных произведений античной механики.замечательных произведений античной механики. Архимед - астроном

Слово «Псаммит» обычно переводят как «исчисление песчинок». Оно имеет астрономическое содержание и арифметический характер, причем основной решаемой здесь задачей является описание изобретенного Архимедом способа записи очень больших астрономических чисел и демонстрация действий с ними. Архимед - астроном

Система мира Архимеда. Вполне вероятно, что Архимед принял гелиоцентрическую систему устройства мира, выдвинутую одним из исследователей звездного неба – Аристархом.

Архимед - астроном Самое раннее упоминание о глобусе Архимеда относится к I в. до н.э. В диалоге знаменитого римского оратора Цицерона «О государстве» разговор между участниками беседы заходит о солнечных затмениях, и один из них рассказывает: «Я вспоминаю, как однажды вместе с Гаем Сульпицием Галлом, одним из самых ученых людей нашего отечества... был в гостях у Марка Марцелла... и Галл попросил его принести знаменитую «сферу», единственный трофей, которым прадед Марцелла (римский полководец) пожелал украсить свой дом после взятия Сиракуз, города, полного сокровищ и чудес.

Последнее упоминание о глобусе принадлежит римскому поэту V в. Клавдиан. Клавдиан воспел архимедов глобус в стихах незадолго до захвата Рима готами. Само появление такого стихотворения показывает, что в эпоху крушения империи, упадка наук и распространения мистицизма, глобус Архимеда был для людей символом могущества человеческого разума. Тон стихотворения не оставляет сомнений в том, что Клавдиан видел архимедов глобус в действии (больше чем через 600 лет после его создания!): Архимед - астроном

«Неба устав, законы богов, гармонию мира – Всё Сиракузский старик мудро на землю принес. Воздух, скрытый внутри, различные движет светила Точно по дивным путям, сделав творенье живым. Ложный бежит зодиак, назначенный ход выполняя, Лик поддельный Луны вновь каждый месяц идет. Смелым искусством гордясь, свой мир приводя во вращенье, Звездами вышних небес правит умом человек». Архимед - астроном

Согласно легенде, в 212 г. до н. э. римлянам всё же удалось ворваться в город. Легионер застал Архимеда в саду, когда тот пытался решить очередную геометрическую задачу, не обращая ни малейшего внимания на происходящее в городе. Солдат попытался силой увезти его. Архимед закричал: «Не трогай мои чертежи». Легионер в гневе зарубил учёного мечом. Так оборвалась жизнь величайшего учёного древности..

Заключение Прав ли был Архимед, уверенный в неограниченной силе рычага? Сегодня нельзя дать однозначного ответа на этот вопрос. Извилист путь науки и техники. Если Архимеда считают основоположником статики, т. е. механики тел, находящихся в равновесии, то итальянского учёного Галилео Галилея называют основоположником динамики – механики движущихся тел. От Архимеда до Галилея, на протяжении почти двух тысяч лет, ничего замечательного не было открыто в механике. Расцвет механики начался после «тёмной ночи» средневековья, когда стали усиленно развиваться промышленность, торговля, международные связи (13 в. н. э.). Мог ли знать об этом гениальный учёный Архимед из Сиракуз? Архимед, согласно многочисленным свидетельствам, относился к довольно редкому типу людей, для которых не существует ничего, кроме целиком поглотившей их науки.

Несомненно, как механик и математик, Архимед на несколько столетий опередил своё время. Ему предписывают до 40 открытий в области практической механики. До нашего времени дошли лишь некоторые трактаты Архимеда, большинство из них погибло в двух пожарах Александрийской библиотеки. Достаточно лишь мельком взглянуть даже на известную часть его открытий и изобретений, чтобы понять, во что мог превратиться наш мир, если бы высокие технологии усваивались в античности так же быстро, как и сегодня. Несомненно, Архимеда можно с полным правом назвать одним из величайших гениев человечества. В дань уважения, один из крупных лунных кратеров (82 километра в ширину) был назван именем Архимеда. Архимед человек и кратер. Заключение