نام: ارشمیدس (به یونانی: Άρχιμήδης)
تولد: 278 ق. م تا 212 ق. م - سیراکوز یونان
درگذشت:212 ق.م- سیراکوز یونان
شهرت: ریاضیدان و فیزیکدان یونان باستان
ارشمیدس دانشمند و ریاضیدان یونانی در سال ۲۱۲ قبل از میلاد در شهر سیراكوز یونان چشم به جهان گشود و در جوانی برای آموختن دانش به اسكندریه رفت. بیشتر دوران زندگیش را در زادگاهش گذرانید و با فرمانروای این شهر دوستی نزدیك داشت. در اینجا سخن از معروفترین استحمامی است كه یك انسان در تاریخ بشریت انجام داده است. در داستانها چنین آمده است كه بیش از ۲۰۰۰ سال پیش در شهر سیراكوز پایتخت ایالت یونانی سیسیل آن زمان ارشمیدس مكانیكدان و ریاضیدان و مشاور دربار پادشاه یمرون یكی از معروفترین كشفهای خود را در خزینه حمام انجام داد. روزی كه او در حمامی عمومی به داخل خزینه حمام پا نهاد و در آن نشست و حین این كار بالا آمدن آب خزینه را مشاهده كرد ناگهان فكری به مغزش خطور كرد. او بلافاصله لنگی را به دور خود پیچید و با این شكل و شمایل به سمت خانه روان شد و مرتب فریاد می زد: یافتم، یافتم به زبان یونانی Heureca! Heureca او چه چیزی یافته بود؟
پادشاه به او مأموریت داده بود راز كار جواهر ساز خیانتكار دربار او را كشف و او را رسوا كند. شاه هیرون بر كار جواهر ساز شك كرده بود و چنین می پنداشت كه او بخشی از طلایی را كه برای ساختن تاج شاهی به وی داده بود برای خود برداشته و باقی آن را با فلز نقره كه بسیار ارزانتر بود مخلوط كرده و تاج را ساخته است. هرچند ارشمیدس می دانست كه فلزات گوناگون وزن مخصوص متفاوت دارند ولی او تا آن لحظه این طور فكر می كرد كه مجبور است تاج شاهی را ذوب كند، آن را به صورت شمش طلا قالب ریزی كند تا بتواند وزن آن را با شمش طلای نابی به همان اندازه مقایسه كند. اما در این روش تاج شاهی نیز از بین می رفت، پس او مجبور بود راه دیگری برای این كار بیابد. در آن روز كه در خزینه حمام نشسته بود دید كه آب خزینه بالاتر آمد و بلافاصله تشخیص داد كه بدن او میزان معینی از آب را در خزینه حمام پس زده و جابه جا كرده است.
کشفی در حمام: آزمایش و اثبات ناخالصی تاج شاهی
روزی که او در حمامی عمومی به داخل خزینه پا نهاد و در آن نشست و حین این کار بالا آمدن آب خزینه را مشاهده کرده ، ناگهان فکری به مغزش خطور کرد. او بلافاصله لنگی را به دور خود پیچید و با این شکل و شمایل به سمت خانه روان شد و مرتب فریاد می‌زد یافتم، یافتم. او چه چیزی را یافته بود؟ پادشاه به او مأموریت داده بود راز جواهر ساز خیانتکار دربار را کشف و او را رسوا کند. شاه هیرون بر کار جواهر ساز شک کرده بود و چنین می‌پنداشت که او بخشی از طلایی را که برای ساختن تاج شاهی به وی داده بود برای خود برداشته و باقی آن را با فلز نقره که بسیار ارزانتر بود مخلوط کرده و تاج را ساخته است.
هر چند ارشمیدس می‌دانست که فلزات گوناگون وزن مخصوص متفاوت دارند، ولی او تا آن لحظه اینطور فکر می‌کرد که مجبور است تاج شاهی را ذوب کند، آنرا به صورت شمش طلا قالب ریزی کند تا بتواند وزن آن را با شمش طلای نابی به همان اندازه مقایسه کند. اما در این روش تاج شاهی از بین می‌رفت، پس او مجبور بود راه دیگری برای این کار بیابد. در آن روز که در خزینه حمام نشسته بود دید که آب خزینه بالاتر آمد و بلافاصله تشخیص داد که بدن او میزان معینی از آب را در خزینه حمام پس زده و جابجا کرده است.
او با عجله و سراسیمه به خانه بازگشت و شروع به آزمایش عملی این یافته کرد. او چنین اندیشید که اجسام هم اندازه ، مقار آب یکسانی را جابجا می‌کنند، ولی اگر از نظر وزنی به موضوع نگاه کنیم یک شمش نیم کیلویی طلا کوچکتر از یک شمش نقره به همان وزن است (طلا تقریبا دو برابر نقره وزن دارد)، بنابراین باید مقدار کمتری آب را جابجا کند. این فرضیه ارشمیدس بود و آزمایشهای او این فرضیه را اثبات کرد. او برای این کار نیاز به یک ظرف آب و سه وزنه با وزنهای مساوی داشت که این سه وزنه عبارت بودند از تاج شاهی ، هم وزن آن طلای ناب و دوباره هم وزن آن نقره ناب.
او در آزمایش خود تشخیص داد که تاج شاهی میزان بیشتری آب را نسبت به شمش طلای هم وزنش پس می‌راند، ولی این میزان آب کمتر از میزان آبی است که شمش نقره هم وزن آن را جابجا می‌کند. به این ترتیب ثابت شد که تاج شاهی از طلای ناب و خالص ساخته نشده، بلکه جواهر ساز متقلب و خیانتکار آن را از مخلوطی از طلا و نقره ساخته است و به این ترتیب ارشمیدس یکی از چشمگیرترین رازهای طبیعت را کشف کرد. آن هم اینکه می‌توان وزن اجسام سخت را با کمک مقدار آبی که جابجا می‌کنند اندازه گیری کرد. این قانون (وزن مخصوص) را که امروزه به آن چگالی می‌گویند اصل ارشمیدس می‌نامند. حتی امروز هم هنوز پس از 23 قرن بسیاری از دانشمندان در محاسبات خود متکی به این اصل هستند.
آزمایش معروف ارشمیدس درباره خلوص طلای تاج پادشاه
به هر حال ارشمیدس در رشته ریاضیات از ظرفیتهای هوشی بسیار والا و چشمگیری برخوردار بود. او منجنیقهای شگفت آوری برای دفاع از سرزمین خود اختراع كرد كه بسیار سودمند افتاد. او توانست سطح و حجم جسمهایی مانند كره، استوانه و مخروط را حساب كند و روش نوینی برای اندازه گیری در دانش ریاضی پدید آورد. همچنین به دست آوردن عدد نیز از كارهای گرانقدر وی است. او كتابهایی درباره خصوصیات و روشهای اندازه گیری اشكال و احجام هندسی از قبیل مخروط منحنی حلزونی و خط مارپیچ، سهمی، سطح كره و استوانه می دانست. علاوه بر آن او قوانینی درباره سطح شیبدار، پیچ اهرم و مركز ثقل كشف كرد.
ارشمیدس در مورد خودش گفته ای دارد كه با وجود گذشت قرنها جاودان مانده و آن اینست: «نقطه اتكایی به من بدهید، من زمین را از جا بلند خواهم كرد.» عین همین اظهار به صورت دیگری در متون ادبی زبان یونانی از قول ارشمیدس نقل شده است اما مفهوم در هر دو صورت یكی است. ارشمیدس هم چون عقاب گوشه گیر و منزوی بود. در جوانی به مصر مسافرت كرد و مدتی در شهر اسكندریه به تحصیل پرداخت و در این شهر دو دوست صمیمی یافت یكی كونون (این شخص ریاضیدان قابلی بود كه ارشمیدس چه از لحاظ فكری و چه از نظر شخصی برای وی احترام بسیار داشت) و دیگری اراتوستن كه گرچه ریاضیدان لایقی بود اما مردی سطحی به شمار می رفت كه برای خویش احترام خارق العاده ای قائل بود.
ارشمیدس با كونون ارتباط و مكاتبه دائمی داشت و قسمت مهم و زیبایی از آثار خویش را در این نامه ها با او در میان گذاشت و بعدها كه كونون درگذشت ارشمیدس با دوسته كه از شاگردان كونون بود مكاتبه می كرد.
یكی از روشهای نوین ارشمیدس در ریاضیات به دست آوردن عدد پی بود. وی برای محاسبه عدد پی، یعنی نسبت محیط دایره به قطر آن روشی به دست داد و ثابت كرد كه عدد محصور ما بین 1/7 3 و 10/71 3 است. گذشته از آن روشهای مختلف برای تعیین جذر تقریبی اعداد به دست داد و از مطالعه آنها معلوم می شود كه وی قبل از ریاضی دان هندی با كسرهای متصل یا مداوم آشنایی داشته است.
دانش تعادل مایعات بوسیله ارشمیدس كشف شد و وی توانست قوانین آن را برای تعیین وضع تعادل اجسام غوطه ور به كار ببرد. همچنین برای اولین بار برخی از اصول مكانیك را به وضوح و دقت بیان كرد و قوانین اهرم را كشف كرد.
در سال ۱۹۰۶ ج.ل. هایبرگ مورخ دانشمند و متخصص تاریخ ریاضیات یونانی در شهر قسطنطنیه موفق به كشف مدرك باارزشی شد. این مدرك كتابی است به نام «قضایای مكانیك و روش آنها» كه ارشمیدس برای دوست خود اراتوستن فرستاده بود. موضوع این كتاب مقایسه حجم یا سطح نامعلوم شكلی با احجام و سطوح معلوم اشكال دیگر است كه بوسیله آن ارشمیدس موفق به تعیین نتایج مطلوب می شد. این روش یكی از عناوین افتخار ارشمیدس است كه ما را مجاز می دارد كه وی را به مفهوم صاحب فكر جدید و امروزی بدانیم، زیرا وی چیز و هرچیزی را كه استفاده از آن به نحوی ممكن بود به كار می برد تا بتواند به مسائلی كه ذهن او را مشغول می داشتند حمله ور گردد. دومین نكته ای كه ما را مجاز می دارد كه عنوان «متجدد» به ارشمیدس بدهیم روشهای محاسبه اوست. وی دو هزار سال قبل از نیوتن و لایب نیتس موفق به اختراع حساب انتگرال شد و حتی در حل یكی از مسائل خویش نكته ای را به كار برد كه می توان او را از پیش قدمان فكر ایجاد حساب دیفرانسیل دانست.
ارشميدس يكي از بزرگترين دانشمندان رياضي و مكانيك در عصر خودش بود. پدرش فيدياس كه منجم بود او را براي آموزش از سيراكوز به مدرسه رياضيات اسكندريه فرستاد. شهر اسكندريه را اسكندر مقدوني در سال 323 ق.م در زمان حمله و حركت به سوي شرق بر كرانه مديترانه در خاك مصرساخت. اين شهر پس از ركود آتن - پايتخت يونان - مركز علم و تجارت شد و بزرگاني چوت اقليدس و بطلميوس و ارشميدس را تربيت كرد. اين شهر حتي موقعي كه به دست مسلمانان فتح شد از مراكز مهم علوم يوناني بود و در انتقال علم و انديشه يوناني به فرهنگ و تمدن اسلامي نقش مهمي داشت.
ارشمیدس قسمت زیادی از کار هندسه خود را به کمک اشکالی رسم شده در خاکستر یا روغن که بعد از استحمام کردن به تن خود می مالیده انجام می داد .وقتي كه ارشميدس روي شن هاي ساحل دريا اشكال هندسي خود را رسم كرده بود سربازي بدون توجه با راه رفتن روي شن ها اشكال او را لگد كرد و ارشميدس چنان اعتراض كرد كه موجب خشم سرباز شد و سرباز با شمشيرش به ارشميدس حمله كرد و او را كشت. از آثار علمي او مي توان كشف قانون مايع ها و گازها (معروف به قانون ارشميدس). تعيين جرم حجمي طلا و نقره و بعضي فلزات ديگر و اختراع پيچ مخصوص حلزوني شكل به نام پيچ ارشميدس براي بالا بردن آب اشاره كرد.
پیچ ارشمیدس
اختراعی منسوب به ارشمیدس که در گذشته از آن برای آبیاری و بالا کشیدن آبهای زیر زمینی استفاده می‌کردند. به شکل لوله‌ای مارپیچ بود که محور آن زاویه‌ای ۴۵ درجه با راستای افقی می‌ساخت. یک سر پیچ در مخزن آب قرار داشت، با چرخاندن پیچ آب از لوله بالا می‌رفت. برخی از محققان معتقند که نوع دیگری از این پیچ برای آبیاری باغهای معلق بابل استفاده می‌شده‌است. او مخترع پمپ انتقال مایعات که پیچ ارشمیدس نام دارد، می باشد. او پس از کشف پیچ ارشمیدس تا ساعت ها از خوشحالی دور میدانی می دوید.
مدلی سه بعدی از نحوه عملکرد پیچ ارشمیدس
فعالیت در حوزه‌های دیگر
ارشمیدس در رشته ریاضیات از ظرفیتهای هوشی بسیار والا و چشمگیری برخوردار بود. او منجنیقهای شگفت آوری برای دفاع از سرزمینهای خود اختراع کرد که بسیار سودمند افتاد. او توانست سطح و حجم جسمهایی مانند کره ، استوانه و مخروط را حساب کند و روش نوینی برای اندازه گیری در دانش ریاضی پدید آورد. همچنین بدست آوردن عدد نیز از کارهای گرانقدر وی است. او کتابهایی درباره خصوصیات و روشهای اندازه گیری اشکال و احجام هندسی از قبیل مخروط ، منحنی حلزونی و خط مارپیچ ، سهمی ، سطح کره «ماده غذایی» و استوانه نوشته ، علاوه بر آن او قوانینی درباره سطح شیب دار، پیچ ، اهرم و مرکز ثقل کشف کرد.
یکی از روشهای نوین ارشمیدس در ریاضیات بدست آوردن عدد بود، وی برای محاسبه عدد پی ، یعنی نسبت محیط دایره به قطر آن روشی بدست داد و ثابت کرد که عدد محصور مابین 7/1 3 و 71/10 3 است، گذشته از آن روشهای مختلف برای تعیین جذر تقریبی اعداد به دست داد و از مطالعه آنها معلوم می‌شود که وی قبل از ریاضیدانان هندی با کسرهای متصل یا مداوم متناوب آشنایی داشته است. در حساب روش غیر عملی و چند عملی یونانیان را که برای نمایش اعداد از علائم متفاوت استفاده می‌کردند، به کنار گذاشت و پیش خود دستگاه شمارشی اختراع کرد که به کمک آن ممکن بود هر عدد بزرگی را بنویسیم و بخوانیم.
دانش تعادل مایعات بوسیله ارشمیدس کشف شد و وی توانست قوانین آنرا برای تعیین وضع تعادل اجسام غوطه ور بکار برد. همچنین برای اولین بار برخی از اصول مکانیک را به وضوح و دقت بیان کرد و قوانین اهرم را کشف کرد.
ارشمیدس و دیگر دانشمندان دوران خود
ارشمیدس در مورد خودش گفته‌ای دارد که با وجود گذشت قرنها جاودان مانده و آن این است: «نقطه اتکایی به من بدهید، من زمین را از جا بلند خواهم کرد». عین همین اظهار به صورت دیگری در متون ادبی زبان یونانی از قول ارشمیدس نقل شده است، اما مفهوم در هر دو صورت یکی است. ارشمیدس هم چون عقاب گوشه گیر و منزوی بود، در جوانی به مصر مسافرت کرد و مدتی در شهر اسکندریه به تحصیل پرداخت و در این شهر دو دوست قدیمی یافت، یکی کونون (این شخص ریاضیدان قابلی بود که ارشمیدس چه از لحاظ فکری و چه از نظر شخصی برای وی احترام بسیار داشت) و دیگری اراتوستن که گر چه ریاضیدان لایقی بود، اما مردی سطحی به شمار می‌رفت که برای خویش احترام خارق العاده‌ای قائل بود.
ارشمیدس با کونون ارتباط و مکاتبه دائمی داشت و قسمت مهم و زیبایی از آثار خویش را در این نامه‌ها با او در میان گذاشت و بعدها که کونون در گذشت، ارشمیدس با دوستی که از شارگردان کونون بود مکاتبه می‌کرد. در سال 1906 ج.ل. هایبرگ مورخ دانشمند و متخصص تاریخ ریاضیات یونانی در شهر قسطنطنیه موفق به کشف مدرک با ارزشی شد.
این مدرک کتابی است به نام قضایای مکانیک و روش آنها که ارشمیدس برای دوست خود اراتوستن فرستاده بود. موضوع این کتاب مقایسه حجم یا سطح نامعلوم شکلی با احجام و سطوح معلوم اشکال دیگر است که بوسیله آن ارشمیدس موفق به تعیین نتیجه مطلوب می‌شد. این روش یکی از عناوین افتخار ارشمیدس است که ما را مجاز می‌دارد که وی را به مفهوم صاحب فکر جدید و امروزی بدانیم، زیرا وی همه چیز و هر چیزی را که استفاده از آن به نحوی ممکن بود بکار می‌برد تا بتواند به مسائلی که ذهن او را مشغول می‌داشتند حمله ور گردد.
دومین نکته‌ای که ما را مجاز می‌دارد که عنوان متجدد به ارشمیدس بدهیم روشهای محاسبه اوست. وی دو هزار سال قبل از اسحاق نیوتن و لایب نیتس موفق به اختراع حساب انتگرال شد و حتی در حل یکی از مسائل خویش نکته‌ای را بکار برد که می‌توان او را از پیش قدمان فکر ایجاد حساب دیفرانسیل دانست.
نیروی ارشمیدس
آیا تاکنون فکرکرده اید که چرا برخی چیزها درون آب شناور هستند امابرخی دیگر ته آب میافتند؟ یا چرا چوب روی آب شناور ولی یک میخ آهنی ته ظرف آب می افتد و یااینکه آیا امکان دارد یک قطعه آهن شناوربماند تمامی این موضوعات به نیرویی مربوط می شود که ارشمیدس دانشمند یونان باستان کشف کرده است.
وقتی جسمی را درون یک شاره مثلا یک لیوان آب می اندازیم اگر جسم تماما درون آب فرو رود به مقدار حجم خود آب را جابجا می کند به نیروی وزن این مقدار آب جابجا شده نیروی ارشمیدس گویند که همیشه رو به بالاست.
وقتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.
داستانی از ارشمیدوس
در ساحل بندر سیراکوز مردم زیادی جمع شده بودند. عده ای به خواسته ارشمیدس روی یک کشتی باری تجمع کرده بودند و در ضمن ارشمیدس کشتی را پر از بار کرده بود. او می خواست ادعای عجیب خود را ثابت کند که: من می توانم با نیروی دست خود این کشتی را حرکت دهم!
ارشمیدس یک سر اهرم بلند خود را زیر کشتی، نزدیک به همان انتها را روی گوه و انتهای بسیار دور دیگر را در دست خود گرفته بود. جمعیت و پادشاه به نظاره ایستاده بودند. ارشمیدس دست خود را بالا برد تا توجه همگاه را جلب کند. آنگاه با دستش نیروی کمی به اهرم وارد کرد و... کشتی به حرکت درآمد!
پادشاه از تعجب آه کشید و صدای همهمه فراگیر شد. همگان برای ارشمیدس دست زدند. ارشمیدس در حالیکه متواضعانه گام برمی داشت نزد پادشاه آمد.
- از تو معجزه زیاد دیده ایم... چگونه این کار را کردی ارشمیدس؟
- معجزه نبود حضرت والا. علم بود... من حتی می توانم با علم خویش زمین را هم حرکت دهم!!
- زمین را!!!
- بله حضرت والا... به شرطی که تکیه گاهی مانند آن گوه به من بدهید!
مباحث فیزیک مکانیک صلبیات
قانون گشتاور: هر قدر بازوی گشتاور بلند باشد اعمال تغییر مکان با نیروی کوچتری امکان پذیر است.
مرگ ارشمیدس:
زندگی ارشمیدس با آرامش کامل می‌گذشت، همچون زندگی هر ریاضیدان دیگری که تأمین کامل داشته باشد و بتواند همه ممکنات هوش و نبوغ خود را به مرحله اجرا درآورد. زمانی که رومیان در سال ۲۱۲ قبل از میلاد شهر سیراکوز را به تصرف خود در آوردند، سردار رومی مارسلوس دستور داد که هیچ یک از سپاهیانش حق اذیت و آزار و توهین و ضرب و جرح این دانشمند و متفکر مشهور و بزرگ را ندارند، با این وجود ارشمیدس قربانی غلبه رومیان بر شهر سیراکوز شد. او بوسیله یک سرباز مست رومی در ۲۷۸ قبل از میلاد به قتل رسید و این در حالی بود که در میدان بازار شهر در حال اندیشیدن به یک مسئله ریاضی بود، می‌گویند آخرین کلمات او این بود: دایره‌های مرا خراب نکن. به این ترتیب بود كه زندگی ارشمیدس یکی از بزرگترین دانشمند تمام دورانها خاتمه پذیرفت. این ریاضیدان بی دفاع هفتاد و پنج ساله به جهان دیگر رفت.
واپسین لحظات زندگی ارشمیدس
ارشمیدس، تابلویی اثر دومنیکو فتی، ۱۶۲۰ در موزه آلته مایستر، درسدن آلمان.