Eugenio Aguilar - Наука. Величайшие теории: выпуск 7: Эврика! Радость открытия. Архимед

Различные источники цитируют «Катоптрику» — работу, написанную Архимедом и не дошедшую до наших дней. Хотя он глубоко изучил многие свойства параболы, однако нет никаких письменных свидетельств, которые подтверждали бы, что Архимед знал о свойствах параболических зеркал. Более того, ученые, верившие в дальнейшем легенде о зажигательных зеркалах, на самом деле никогда не говорили о параболическом зеркале, а только о группе зеркал, ориентированных так, чтобы отбрасывать солнечные лучи в одну точку. Надо отметить, что система подобных зеркал эквивалентна параболическому зеркалу, особенно если они ориентированы в соответствии с поверхностью параболоида (см. рисунок на стр. 132).

Один из наиболее надежных источников об утерянном трактате Архимеда — это высказывание греческого математика Теона Александрийского (335-405). В своих комментариях к «Альмагесту» Клавдия Птолемея он говорит:

«И падающие из него [глаза] на воздух лучи подвергаются преломлению и делают угол зрения больше, как и доказывает Архимед в «Катоптрике», говоря, что помещенные в воду предметы кажутся большими и тем больше, чем ниже они уходят».[ 1Перевод И. Н. Веселовского.]

При наличии важных свидетельств существования трактата «Катоптрика» представляется возможным, что именно он и послужил источником легенды о тепловом луче. Как мы уже видели, для получения своих теоретических результатов Архимед проводил разнообразные эксперименты. Так что «Катоптрика», видимо, была математическим трудом, в котором использовались некоторые физические опыты. Возможно, друзья или близкие ученого знали об этих опытах, и слухи о них со временем послужили основой будущей легенды.

Среди прочих устройств, использованных Архимедом при обороне Сиракуз, более всего, наверное, известен так называемый коготь Архимеда, или, как говорили о нем римляне, manus ferrea («железная рука»). Весьма вероятно, что рассказы о нем правдивы, так как его упоминают многие историки, в том числе Полибий и Тит Ливий, хотя они и не приводят деталей его конструкции. Ясно только, что речь идет об особом типе «колодезного журавля» с огромным металлическим крюком, с помощью которого можно было поднимать римские корабли и затем топить их.

Схематическое изображение работы когтя Архимеда.

В целом механизм состоял из системы блоков, которая приводилась в движение силой животных или множества людей (см. рисунок). Раз за разом крюк бросали вниз, и в конце концов он захватывал нос корабля. После захвата корабль начинали поднимать — это должно было быть довольно медленное, но неотвратимое движение. При достижении определенной высоты корабль бросали, он получал повреждения и тонул. Полибий описывал это так:

Существует распространенное мнение, что Архимед первым использовал полиспаст — возможно, для своей «железной руки» или для спуска на воду «Сиракузии». Так или иначе очевидно, что для своих машин он должен был использовать систему, умножающую силу. Именно это по сути делает полиспаст. Речь идет о системе блоков (как минимум двух), используемой для получения выигрыша в силе или скорости при подъеме груза. Это вовсе не нарушает закона сохранения энергии: в то время как точка приложения двигающей силы проходит определенный путь, движимое тело преодолевает гораздо меньшее расстояние. В итоге совершаемая работа в обоих случаях будет одинаковой. Принцип туг тот же самый, что и у рычага с неравными плечами, так что если Архимед и не изобретал полиспаста, он, несомненно, его использовал, поскольку прекрасно знал механизм его действия, чрезвычайно похожий на механизм одного из самых изучаемых им устройств — рычага.

Если для поднятия груза с помощью простого блока (при отсутствии трения) нужна сила, равная весу груза, то при использовании полиспаста такая сила уменьшается, и большие грузы можно поднимать малым усилием.

С момента появления катапульта всегда была востребована, вплоть до Средних веков.

Гравюра из трактата «Сокровище оптики»Ибн аль-Хайсама (965— 1040), показывающая, как Архимед использовал зажигательные зеркала.

Фрагмент фрески с изображением «когтя Архимеда».

«Другие поднимали железную лапу, привязанную к цепи, с помощью которой человек, управляющий машиной, схватив корабль за нос, опускал заднюю часть машины за стеной; таким образом нос корабля поднимался, и корабль ставился на корму. Затем, закрепив заднюю часть машины так, чтобы она не двигалась, с помощью особого устройства сбрасывали руку с цепью. В результате некоторые корабли падали на бок, другие разваливались и почти все, брошенные с высоты, набирали воды и тонули».

Ученые и инженеры всегда проявляли интерес к этой конструкции — как в древности, так и в наши дни. Например, в 2005 году был успешно построен «коготь Архимеда» для одной из серий документального сериала «Супероружие древнего мира», что доказало возможность его создания Архимедом.

В своем жизнеописании Марцелла Плутарх также упоминает железную руку:

«На вражеские суда вдруг стали опускаться укрепленные на стенах брусья и либо топили их силою толчка, либо, схватив железными руками или клювами вроде журавлиных, вытаскивали носом вверх из воды, а потом, кормою вперед, пускали ко дну, либо, наконец приведенные в круговое движение скрытыми внутри оттяжными канатами, увлекали за собою корабль и, раскрутив его, швыряли на скалы и утесы у подножия стены, а моряки погибали мучительной смертью».[ 2Перевод С. П. Маркиша.]

В этой книге представлены и реальные истории, и легенды, сложившиеся вокруг жизни, открытий и изобретений Архимеда. Ниже мы вкратце поговорим о самых ярких моментах, которые связывают с жизнью ученого.

1. «Дайте мне точку опрры, и я переверну Землю!» Сомнительно, чтобы Архимед на самом деле произносил такие слова: у него было достаточно знаний, чтобы понять, что это невозможно.