Эссе на тему: "Особенности возникновения изобретений Архимеда"

Введение
«Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!»
Архимед
Архимед (287– 212 г. до н.э.) по праву считается одним из самых выдающихся ученых в истории науки. Очевидно, что речь идет не только безоговорочных умственных способностях и трудолюбии. Этого было бы недостаточно для успешного решения математических и физических задач. Основная его заслуга в выработке эффективной методологии. Поэтому и представляют большой интерес философские взгляды Архимеда.
Актуальность рассматриваемой темы обусловлена тем, что философия науки и техники непременно должна основываться на истории науки и техники как на своеобразной эмпирической данности, иначе она окажется без конкретного исторического основания, грубо говоря, окажется «подвешенной в воздухе». Ведь наука и техника суть явления конкретно-исторические, в своем развитии проходящие ряд качественно различных этапов.
Таким образом, только из анализа возникновения и развития техники в тот или иной исторический период можно сделать выводы о природе, сущности, роли техники в жизни человека и социума. Зарождение первых форм научного теоретического и технического знания традиционно связывают с античностью. Именно в эту эпоху возникают первые элементы научно-технического знания.
В этом отношении большой исследовательский интерес представляет изучение наследия выдающегося математика, физика, инженера, астронома Архимеда, чей вклад в развитие технических знаний неоспорим, чье творчество на долгие века определило судьбу науки. Имя Архимеда известно каждому человеку, однако история сохранила немного свидетельств о его жизни и творчестве, во многом благодаря античным историкам и хронистам.
Г. Галилей по праву считал Архимеда своим лучшим учителем. Плутарх рассказывал об Архимеде: «Он был помешан на математике, бывало даже такое, что по несколько суток он не питался и не пил воду, и совершенно не следил за своим внешним видом»[3, с.41]. Ф. Даннеманн отмечал, что после Аристотеля ведущим ученым Античности стал Архимед [1, с.180].
Исследователи философского творчества Архимеда обратили внимание на высокий уровень его научных работ: «Все его сочинения представляют собой подлинные памятники математического доказательства. Поставлена цель. Представлен последовательный план работы. Предложения строго сформулированы. Не имеющее отношение к цели устраняется. Теорема доказывается с помощью математических средств и приемов»[7, с.82].
О жизни этого великого человека ходят легенды, но, к сожалению, достоверных фактов его биографии сохранилось не так уж много. Известно, что Гераклид, являясь другом Архимеда, писал его биографию, но она была утеряна, поэтому судить о жизни этого древнегреческого ученого мы можем лишь по сохранившимся до наших дней отрывкам его биографии.
Двадцать три века тому назад на острове Сицилия в городе Сиракузы родился один из величайших ученых всех времен и народов Архимед. Начальное образование он получил дома под руководством своего отца астронома Фидия, который, конечно, хотел видеть в сыне продолжателя своих изысканий. В доме отца Архимед познакомился с достижениями современной ему астрономии и со знаменитым уже тогда трактатом Евклида «Начала».
Около 268 года в жизни Сиракуз произошло событие, повлиявшее на дальнейшую судьбу юноши. Родственник Архимеда Гиерон, прославившийся в военных походах, стал царем Сиракуз. Это, естественно, отразилось на статусе и материальном положении его родственников. Архимед получил возможность поехать в Александрию – культурный и научный центр стран Средиземноморья – для совершенствования своего образования под руководством крупнейших ученых. После возвращения на родину он не терял с ними связей, до нас дошли его послания Конону, Досифею, Эратосфену. Благодаря тому, что эти послания оказались в Александрийской библиотеке, некоторые из них сохранились, и по ним мы можем судить о вкладе Архимеда в науку.

1. Особенности возникновения изобретений Архимеда
Разумеется, первые работы Архимеда были связаны с астрономией, к которой он сохранял интерес в течение всей своей жизни. Он вычислил расстояния между планетами и Солнцем, изобрел прибор для определения диаметров Солнца и Луны. При этом он уточнил верхние и нижние границы результатов измерений, установленные его отцом и Аристархом. Вершина творчества Архимеда в области астрономии – создание «небесной сферы», своеобразного планетария. На этой сфере можно было наблюдать движение планет, фазы Луны, солнечные и лунные затмения.
При конструировании небесной сферы проявился талант Архимеда как вычислителя и как инженера. Сам ученый придавал этому изобретению особое значение и в помощь другим астрономам написал сочинение «Об изготовлении небесной сферы», к сожалению, оно до нас не дошло. Архимедова сфера была столь знаменита в античном мире, что позже, после завоевания Сиракуз, римский полководец Марцелл, отдавший город на разграбление, вывез ее в качестве своего главного трофея.
Но скоро он увлекся трудами по механике, которые имелись в большом количестве в Александрийской библиотеке, и, практически, полностью переключился на эту область, больше отвечавшую его склонностям. Познакомившись с трудами по механике, Архимед пришел к выводу, что ее законы могут быть применены к решению геометрических задач. Но при этом сами законы механики необходимо было строго математически обосновать в духе теорем Евклида. В первую очередь, это касалось учения о рычаге и о центре тяжести.
В своем первом (из дошедших до нас) сочинении «О равновесии плоских фигур, или о центрах тяжести плоских фигур» Архимед на аксиоматической основе строит теорию равновесия рычага и находит центры тяжести различных фигур. Само определение центра тяжести тел давалось, по-видимому, в несохранившихся до наших дней сочинениях «О весах», «О рычагах», «Об опорах», на которые ссылается сам Архимед, и о которых упоминают другие ученые.
Тем самым он делает все, чтобы сблизить механику с «чистой» математикой, в противовес сложившемуся в науке того времени разграничению этих областей науки. По словам Плутарха «После Платона механика, изгнанная из геометрии, отделилась от нее, и долгое время находилась в пренебрежении у теоретической науки, став лишь одной из вспомогательных практических отраслей военного искусства»1 . В отличие от Платона Архимед не считал для себя зазорным заниматься механикой. Еще в Александрии, увидев, насколько трудоемким является процесс поднятия воды из глубоких колодцев в этой жаркой стране, он придумал механизм (винт Архимеда), существенно облегчающий работу земледельцев.
Вернувшись в Сиракузы, Архимед, как родственник царя, занял особое положение, был всем обеспечен, и смог полностью посвятить себя научной деятельности. Он помогает Гиерону создавать оборонительные укрепления вокруг города, изобретает и строит большое число боевых машин и механизмов. Эти меры были оправданными. Только что закончилась I-я Пуническая война между Римом и Карфагеном, в результате которой Сицилия была завоевана римлянами. Сиракузы, заключив союз с Римом, остались свободным городом, которому приходилось поддерживать дипломатические отношения с обеими враждующими сторонами.
Во время II-ой Пунической войны Сиракузы подверглись нападению римских войск. Вот тогда и были приведены в действие все военные механизмы Архимеда. Его катапульты извергали огромные камни, а специальные устройства посылали дождь стрел, препятствуя наступлению сухопутных войск; железные лапы, выступавшие над городскими стенами, захватывали приближающиеся корабли и опрокидывали их. Корабли, стоящие в отдалении, поджигались с помощью системы зеркал. Все это заставило римлян отказаться от штурма и перейти к осаде города, длившейся почти два года.
2. Основные достижения Архимеда
Надо сказать, что жизнеописание Архимеда, как всякого великого человека, обросло множеством легенд. В частности, уничтожение римских кораблей с помощью зажигательных зеркал современные историки математики считают легендой. Однако легенды, как правило, имеют под собой какую-то основу. В данном случае ею послужила недошедшая до нас работа Архимеда «Катоптрика», посвященная многим вопросам оптики, в частности, зажигательным свойствам зеркал и стекол.
Многие историки науки считают трактат Архимеда «О равновесии плоских фигур» началом математической физики. Архимед, конечно же, не был первым, кто воспользовался рычагом, но он впервые описал его принцип, связав воедино математику и физику.
Уровень абстракции, до которого дошел Архимед при исследовании рычага, не имел до этого прецедентов: он устранил все привходящие характеристики, рассматривая исключительно идеальные весы, а все тела считал точечными объектами (он говорил о силе и о центре тяжести как о единственных физических свойствах тела). Таким образом, в своем трактате Архимед пользуется концепцией идеальных весов, хотя и не формулирует ее в чистом виде.
Одна из последних работ Архимеда “О плавающих телах” посвящена исследованию равновесия плавающих тел, в ней содержится знаменитый закон о выталкивающей силе жидкости. Как и в других прикладных работах, все утверждения здесь строго математически доказаны.
Пока Архимед не написал своего трактата «О плавающих телах», мало кто понимал, что, собственно, означает «плавать». Как оказалось, ключевым моментом в плавании тела является его плотность, а не вес. В этом трактате Архимед изложил основную часть своих идей о законе гидростатики.
В трактате «О плавающих телах» все доказательства чисто геометрические, как обычно и бывало в то время. Архимед корректно выполнил целую совокупность методологических требований: поставил конкретную цель, выбрал метод, составил план, провел наблюдения и измерения, фиксировал результаты, произвел математическую обработку полученных результатов, сделал нужные физические выводы, осуществил проверку опыта. Анализируя эксперимент, Архимед применял не только математические понятия, но и специфические физические понятия: силы, веса, плотность, состояния, центра тяжести, температуры и другое.
Нельзя не упомянуть самую популярную легенду об Архимеде. Однажды Гиерон заказал изготовить золотой венец для пожертвования в храм, но после его изготовления заподозрил мастеров в подмене части золота более дешевым металлом. За разрешением своих сомнений он обратился к Архимеду. Ученый долго искал ответ, который пришел к нему во время погружения в ванну. С криком «Эврика» («Нашел») Архимед выскочил из ванны и нагим помчался к себе домой – так гласит легенда, больше похожая на анекдот. Но и она основана на свидетельствах о том, что великий ученый настолько глубоко уходил в проблему, что просто переставал замечать окружающее.
Несмотря на выдающиеся достижения Архимеда в механике и астрономии, сам он гораздо выше ставил свои математические результаты. Им найдены площади различных фигур и объемы тел, в частности, площадь сегмента параболы и площадь сегмента, ограниченного спиралью (спираль Архимеда), объемы шара и эллипсоида вращения.

3. Значение законов Архимеда для современных
научно-технических знаний
Применив математику для изучения механического равновесия, Архимед показал, что математический подход к решению физических проблем не только помогает проникнуть в суть законов природы, но обогащает и саму математику.
Таким образом, на основании простых законов рычага и вместе с этим основных законом механики человечество смогло построить столь различные механизмы и устройства для облегчения своей жизни. Данные законы являются фундаментом, на котором построены современные научно-технические знания. Поэтому закон рычага Архимеда применяется абсолютно во всех сферах деятельности человека.
Трактат Архимеда «О плавающих телах» послужил отправной точкой для развития теории судостроения и воздухоплавания, знание действия силы Архимеда помогает сейчас подводникам. Долгое время суда строились исключительно из дерева, но потом стали использоваться и другие материалы, плотность которых превышает плотность воды: огромные корабли и подводные лодки с корпусами из стали плавают на поверхности, несмотря на то, что удельный вес этого металла явно выше удельного веса воды, ведь кусок железа, брошенный в воду, тут же тонет.Своими работами в области механики и гидростатики Архимед дал образец математического подхода к изучению законов природы.
Одна из работ Архимеда, которая изменила способ исчисления это книга «Исчисление песчинок» или «Псаммит». Архимед в этой работе впервые создает нумерацию для очень больших порядковых чисел. Он впервые показал не практичность системы исчисления того времени, в которой цифры прописывались буквенным способом. Цель данной работы является определения числа песчинок в объеме шара. Научное-техническое значение данного труда имеет огромное значение для современных знаний. Поскольку в настоящее время технологии дошли до такого уровня, когда необходимо пользоваться как очень большими так и очень малыми числами. В свою очередь это позволило увеличить точность расчетов, а, следовательно, и прорыв в науке и технике.
Издревле люди замечали, что все круги, в сущности, представляют собой одну и ту же фигуру, только разных размеров — больше или меньше. Было понятно, что пропорции у них одинаковы, то есть соотношение между длиной окружности и ее диаметром является величиной постоянной. А значит, если разделить длину окружности на ее диаметр, мы всегда получим одно и то же число, определенную постоянную. Но что это за число? Данный вопрос занимал не только древнегреческих математиков, стоял он и перед мыслителями других культур. Сейчас это число называется π (греческое «пи»)[5, с.15]. Это приближение использовалось все Средние века, а в некоторых случаях мы работаем с ним и сегодня, хотя и знаем, что на самом деле π — иррациональное число с бесконечным числом знаков после запятой.
Приближение Архимеда настолько удачно, что оно не только использовалось на протяжении многих столетий, но и сегодня вполне пригодно для решения различных практических задач.
Замечу, что это лишь часть изобретений великого древнегреческого ученого Архимеда. В рамках данного эссе мне не представляется возможным обозначить все его достижения. Однозначно лишь одно, практическая деятельность Архимеда стимулировала его научные исследования и давала возможность проверять на своем опыте результаты этих исследований. Он внес неоспоримый вклад в научно - технические знания современного человека. Являясь фигурой огромных масштабов для всего мира, Архимед был не только гениальным математиком, но и астрономом, инженером, изобретателем. Причем многие его изобретения даже сегодня, спустя более 2000 лет, поражают новизной мысли и используются в быту.

Заключение
Творчество Архимеда пришлось на период наивысшего расцвета древнегреческой науки, после которого начался ее постепенный спад. Римлян интересовала только прикладная сторона науки, интерес к теоретическим исследованиям, а вместе с тем к трудам эллинских классиков угас. В течение последующих веков в огне многочисленных войн, пожаров и костров погибли многие замечательные труды античных ученых. Интерес к творчеству Архимеда возродился в Средние века.
Меня всегда восхищали такие великие личности, как Архимед. Это маяк, к которому нужно стремиться, фигура мирового масштаба, который вдохновляет и тянет нас вперед, доказывая, что все в этом мире объяснимо, на все вопросы когда – либо найдутся ответы. Может быть, многие современные умы посчитают труды и изобретения Архимеда не такими уж непостижимыми, но давайте не будем забывать о том, что речь идет более чем о двух тысячах лет назад.
Быть тем, чье имя на устах у всего человечества на протяжении тысяч лет – мечта любого ученого, философа, научного деятеля, да и любого человека. Заслуги Архимеда по праву неоценимы. Он сделал шаги через границу известного в сторону невозможного, непостижимого.
К сожалению, нам не известно, кто именно заложил основы знаний в детстве Архимеда, но можно сказать с уверенностью, что он превзошел своих учителей.
На своей могильной плите Архимед повелел выгравировать шар и цилиндр - символы его геометрических открытий. Могила заросла репейником, и место это было забыто очень скоро. Лишь через 137 лет после его смерти Цицерон разыскал у Ахродийских ворот этот могильный камень, на котором песчинки, поднятые душным сирокко - ветром из Сахары, уже стерли часть знаков. А потом могила опять затерялась, теперь уже навсегда. Но осталось имя Архимеда.

Список использованных научных источников
Бондаренко С. Б. Философские взгляды Архимеда к 2300–летию со дня рождения //Философия науки. – 2015. – №. 2. – С. 176-185.
История и философия науки в эпоху перемен: сборник научных статей / Научн. ред. и сост. И.Т. Касавина, Т.Д. Соколовой, А.Ю. Севальникова, А.В. Родиной, Г.Г. Кривошеиной, Е.А. Баум: В 6 томах. Т. 2. [Электронный ресурс]. – Москва: Изд-во «Русское общество истории и философии науки», 2018. – 111 с. ISBN 978-5-6041212-1-4. - Режим доступа: http://rshps.ru/books/congress2018t2.pdf (дата обращения 22.04.2020)
Карпушина Н. М. Во славу Архимеда //Математика в школе. – 2019. – №. 4. – С. 41-46.
Кушнер В.Г. Физическая наука: исторический обзор от истоков до нового времени часть I // Инновационная наука. 2015. №4-3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fizicheskaya-nauka-istoricheskiy-obzor-ot-istokov-do-novogo-vremeni-chast-i (дата обращения: 23.04.2020).
Спанякова А. С., Брусничкина А. В., Чеснова Е. В. Архимед и его вклад в математику //Инновационные технологии современной научной деятельности: стратегия, задачи, внедрение. – 2019. – С. 15-19.
Шибасов Л. П., Шибасова З. Ф. Архимед //Вестник Московского государственного областного социально-гуманитарного института. – 2014. – Т. 1. – №. 16. – С. 3-13.
Эугенио М., Фернандес А. Радость открытия. Архимед. – Пер. с итал. — М.: Де Агостини, 2015. — 160 с.