با 12 کشف و دستاورد علمی ارشمیدس آشنا شوید

به محض شنیدن نام ارشمیدس اولین چیزی که به ذهن هر کس خطور می‌کند، ریاضیات یا به طور کلی علم است. ارشمیدس پژوهشگر و دانشمند مشهور یونانی، قوانین و نظریه‌های زیادی را در زمینه‌های مختلف علوم مانند هندسه، حرکت سیالات و موارد دیگر ارائه کرده است. “یورکا!” کلمه‌ای بود که او هنگام کشف یک چیز جدید آن را فریاد می‌زد. در ادامه این مقاله برخی از دستاوردهای علمی ارشمیدس را به شما معرفی می‌کنیم. با دیجی رو همراه باشید.

بزرگ‌ترین دستاوردهای علمی ارشمیدس

اصل ارشمیدس

اصل ارشمیدس برای بسیاری از ما یک مفهوم کاملاً چالش برانگیز است اما اساساً این اصل در رابطه با نظریه شناور شدن اجسام است. هنگامی که یک جسم جامد در مایع قرار می‌گیرد، به اندازه حجم جسم جامد, مایع جا به جا می‌شود. همچنین نیروهای مختلفی به یک جسم غوطه ور شده در آب وارد می‌شود. اصل ارشمیدس به ما کمک می‌کند تا درک کنیم که چرا جسمی غرق یا شناور می‌شود؛ در حقیقت میزان آب جا به جا شده هنگام قرار گرفتن جسم جامد در آب به ما در فهم این رابطه کمک می‌کند. این قانون در درک اصول دریایی مورد استفاده برای کشتی‌ها و زیردریایی‌ها بسیار مؤثر بوده است و تمامی این تجهیزات با استفاده از اصل شناورشوندگی اجسام طراحی شده‌اند. لاکتومتر (ابزاری که برای اندازه گیری خلوص شیر از آن استفاده می‌شود) نیز بر اساس اصل فوق تولید شده است.

محاسبات با شن

شمردن تعداد دانه‌های شن شاید عحیب به نظر برسد اما دقیقا همان کاری است که ارشمیدس سال‌ها پیش انجام داده است. محاسبات با شن (Sand Reckoner) اثری از ارشمیدس است که در آن سعی کرده تا تعداد دانه‌های شن مورد نیاز را برای پوشاندن جهان بشمارد. ابتدا ارشمیدس مجبور بود كه چگونگی شمارش تعداد بسیار زیاد را کشف کند و این امر موجب شد كه او یک قدم اساسی در زمینه ریاضیات بردارد. تا آن زمان یونانیان سیستم شمارش را با استفاده از نمادهای مختلف داشتند اما ارشمیدس نظریه جدیدی را در ریاضیات ارائه کرد که می‌توانست اعداد را تا مقدار بسیار بالایی بشمارد. وی در اثر خود تخمین می‌زند که تعداد 8¹⁰⁶³ دانه شن برای پوشاندن جهان کافی است.

تخمین عدد پی

ارشمیدس از روش و فلسفه هلنیستی در ریاضیات استفاده می‌کرد. پی نمادی یونانی است که در فرمول‌های مختلفی استفاده می‌شود و ارشمیدس توانست با استفاده از هوش استثنایی خود مقدار عدد پی را بدست آورد. مقدار عدد پی تقریباً 3.14 است که با تقسیم عدد 22 بر 7 محاسبه می‌شود. پی نسبت محیط یک دایره به قطرآن است و ارشمیدس همچنین شکل‌های مختلفی را در دایره به تصویر کشیده است.  عدد پی کاربردهای مختلفی در ریاضیات دارد و می‌توان از پی برای محاسبه مساحت کره و همچنین نیمکره استفاده کرد.

پنجه ارشمیدس

ارشمیدس اهل شهر ساحلی سیراکوزه در ایتالیا امروزی و قلمروی یونان قدیم بود. برای محافظت از شهر در برابر دشمنان ارشمیدس قلابی طراحی کرد که می‌توانست به کشتی دشمن بچسبد و آن را غرق کند. این قلاب به پنجه ارشمیدس یا “دست آهنین” معروف بود. ارشمیدس یک معمار و دانشمند بزرگ بود و پنجه ارشمیدس نیز یک قطعه با شکوه از هنر معماری بود که به مردم سیراکوزه اجازه می‌داد تا در برابر حمله رومی‌ها از طریق دریا از خود دفاع کنند. یک کشتی جنگی می توانست به راحتی توسط پنجه ارشمیدس واژگون شود زیرا ارشمیدس خاصیت شناور سازی آب را نیز در طراحی اختراعش در نظر گرفته بود.

پیچ ارشمیدس

پیچ ارشمیدس بیشتر از پیچ، یک پمپ بود. در آن زمان از آن برای پمپاژ آب بر خلاف گرانش زمین استفاده می‌شد. پیچ را می‌توان با استفاده از هر وسیله‌ای مانند نیروی بدنی یا با استفاده از آسیاب بادی چرخاند و بدین شکل این وسیله به کشاورزان برای آبیاری اراضی خود بسیار کمک کرد. حمل آب از سطح پایین به سطح بالاتر کار سختی بود اما پیچ ارشمیدس اجازه می‌داد که این کار به راحتی انجام شود. پیچ ارشمیدس امروزه هنوز در اشکال مختلفی مانند ماشین‌های اصلاح، دستگاه‌های ریخته گری یا ماشین‌های قالب گیری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین پیچ‌های چرخشی سریع که به پمپاژ آب کمک می‌کنند، می‌توانند برای تولید برق نیز مورد استفاده قرار گیرند. کشورهای توسعه یافته در سراسر جهان هنوز از این فناوری برای آبیاری و برای تولید برق از طریق توربین های دوار استفاده می‌کنند؛ در همین راستا ایالات متحده نیروگاه برق پیچ معکوس را ایجاد کرده است.

پرتوی مرگ ارشمیدس

شکی نیست که ارشمیدس مخترع بزرگی بوده است و پرتوی مرگ نیز یکی از اختراعات این مخترع است. این ساختار آینه‌ای برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی یک نقطه خاص است که می‌توانست یک کشتی را آتش بزند و در نهایت آن را غرق کند. این اختراع نیز به عنوان یک مکانیسم دفاعی برای شهر سیراکوزه ساخته شده بود. آنها با آتش زدن کشتی‌های دشمن توانستند ارتش روم را شکست دهند. البته برخی دانشمندان این اختراع را ناکارآمد می‌دانند زیرا کشتی‌ها مدام در حال حرکت هستند، اما چند سال پیش این نظریه توسط یک دانشمند یونانی به نام دکتر یونانیس ساکاکس اثبات شد. ساكاكس با استفاده از حقایق و اطلاعات تاریخی، این اختراع را بازآفرینی كرد. وی 70 آینه را که توسط 70 مرد نگه داشته شده بود، تنظیم کرد و نور ساطع شده را به سمت یک قایق که 160 فوت فاصله داشت فرستاد. با این کار خیلی زود قایق آتش گرفت و کاملا سوخت.

کیلومترشمار

کیلومتر شمار وسیله‌ای است که برای اندازه گیری فاصله طی شده استفاده می‌شود. کلمه “odometer” به معنی کیلومتر شمار از کلمه یونانی hodo آمده است که به معنی “راه” یا “جاده” است. بسیاری از افراد کیلومتر شمار را با سرعت سنج اشتباه می‌گیرند اما این دستگاه‌ها بسیار متفاوت هستند. سرعت سنج سرعت وسیله نقلیه و کیلومتر شمار مسافت طی شده را اندازه گیری می‌كند. کیلومتر شمار تقریباً در هر وسیله نقلیه دیده می‌شود و نشانگر این است که وسیله تا چه اندازه مسافت طی کرده است.

منجنیق ارشمیدس

هنگامی که شهر ارشمیدس یعنی سیراکوزه بیش از همیشه به ارشمیدس احتیاج داشت او برای کمک حاظر بود. این مخترع بسیاری از سلاح های جنگی را اختراع کرده است که می توانسته برای محافظت از سیراکوزه در برابر رومی‌ها استفاده شود. یکی از این اختراع‌ها منجنیق یا “پرتاب سنگ” بوده است. منجنیق سیستمی بود که سنگ‌های سنگین یا اجسام عظیم را به سمت لشگر دشمن پرتاب می‌کرد. این دستگاه معمولاً دارای ظرفی است که در آن جسم مایل به پرتاب نگه داشته می‌شود و در زمان لازم به صورت دستی شلیک می‌شود. در طول جنگ بین روم و سیراکوزه، سیراکوزه موفق شد دو سال دشمن را شکست دهد تا اینکه در نهایت شکست خورد.

قانون اهرم

اغلب در مغازه‌های قدیمی ترازوهایی را می‌بینیم که به وسیله آن میوه و سبزیجات را وزن می‌کردند. این دستگاه‌های وزن کننده بر اساس اصل تعادل کار می‌کنند که با استفاده از یک اهرم می‌توان به آن دست یافت. در اصل اهرم اگر وسط میله‌ای را بر روی بر روی جسمی مثلثی شکل قرار دهیم می‌توان با قرار دادن وزن‌های برابر در دو طرف به تعادل دست یافت. اهرم از سه بخش بازوی محرک، بازوی مقاوم و تکیه‌گاه تشکیل شده‌است. نیروی محرک بر بازوی محرک وارد می‌شود و نیروی مقاوم که معمولاً وزنه است، بر بازوی مقاوم وارد می‌شود.

کشف کوچک‌ترین واحد

کوچک‌ترین واحد (Infinitesimals) در دوره یونان باستان همانند دوران مدرن کنونی تصور می‌شده است. کوچک‌ترین واحد کمیتی است که وجود ندارد اما با استفاده از مجموع آن‌ها می‌توان یک جسم واقعی تولید کرد. در اینجا به مفهوم حد و پیوستگی می‌رسیم. یک معادله هنگامی پیوسته است که حد چپ و راست آن با هم برابر باشد. حد اصطلاحی است که مقدار کمّی بسیار کوچکی را محاسبه می‌کند. بنابراین بی نهایت به معنای کمیتی بی نهایت کوچک است. می توان گفت که ارشیمیدس مدت‌ها قبل از آنکه نیوتن و لایبنیتس قوانین محاسباتی را اختراع کنند، محاسبه و ریاضیات را از طریق کوچک‌ترین واحد به همگان معرفی کرده بود.

شکل‌ها و طراحی آن‌ها

سالها پیش مردم با استفاده از ستارگان و ماه، زمان را اندازه می‌گرفتند و از آن زمان به بعد مردم سعی کردند تا تمایز بین شکل‌ها و ساختارهای مختلف را درک کنند. در آن زمان مردم در مورد شکل های دو یا سه بعدی چیزی نمی‌دانستند؛ آنها فقط از خطوط، دایره‌ها، مکعب‌ها، کره‌ها‌، پنج ضلعی‌ها و چند شکل و ساختار ساده دیگر اطلاع داشتند. این زمانی بود که ارشمیدس به فکر مخروط، بیضی و هذلولی‌ها افتاد. ارشمیدس ایده حرکت پرتابه را با کمک مخروط‌ها معرفی کرد و به کمک شکل‌ها معادلات و مفاهیم بسیاری را به تصویر کشید.

فرمول مساحت سطح و مساحت یک کره

کره یک دایره سه بعدی است که از چهار دایره که در لبه‌ها با هم مشترک اند تشکیل شده است. در زمان‌های قدیم محاسبه مساحت و همچنین حجم کره کار ساده‌ای نبود اما ارشمیدس توانست مساحت کره را با استفاده از فرمول 6πr² و همچنین حجم کره را با استفاده از فرمول 2πr³ به دست آورد. ساخت این فرمول‌ها به ما این امکان را داده است تا به راحتی حجم و مساحت اجسام آسمانی مانند خورشید، زمین و ماه را محاسبه کنیم.

جمع‌بندی

ارشمیدس شخصیت بسیار مهمی در تاریخ علم بوده است. او علاوه بر عناوین ریاضیدان، مخترع، دانشمند و فیلسوف، یک وطن پرست واقعی نیز بود. او با استفاده از محاسبات ریاضی و آزمایشات، تمام تلاش خود را کرد تا از شهر خود در برابر رومیان محافظت کند. اختراعات ارشمیدس تأثیر عظیمی بر زندگی روزمره ما داشته و زندگی را بسیار آسان‌تر کرده است.

به من محلی برای ایستادن بدهید و من جهان را حرکت خواهم داد.

این جمله یک نقل قول برجسته از ارشمیدس است که افراد را برای تلاش و پیگیری استعدادهایشان تشویق می‌کند. در حالی که یونانیان باستان به شدت درگیر هنر و فرهنگ بودند، ارشمیدس نمونه‌ای بارز از یک ریاضیدان و فیلسوف است که اختراعات بزرگی را به جهانیان بخشید.