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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Loi d'Archimède. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Archimède (287 avant JC - 212 avant JC) est né dans la ville grecque de Syracuse, où il a vécu presque toute sa vie. Son père était Phidias, l'astronome de la cour du souverain de la ville de Hiéron. Archimède, comme de nombreux autres scientifiques grecs anciens, a étudié à Alexandrie, où les dirigeants égyptiens, les Ptolémées, ont réuni les meilleurs scientifiques et penseurs grecs, et ont également fondé la célèbre et la plus grande bibliothèque du monde. Après avoir étudié à Alexandrie, Archimède retourna à Syracuse et hérita de la position de son père. Sur le plan théorique, le travail de ce grand scientifique était brillant. Les principaux travaux d'Archimède concernaient diverses applications pratiques des mathématiques (géométrie), de la physique, de l'hydrostatique et de la mécanique. Dans son ouvrage "Parabole de quadrature", Archimède a étayé la méthode de calcul de l'aire d'un segment parabolique, et il l'a fait deux mille ans avant la découverte du calcul intégral. Dans l'ouvrage "Sur la mesure d'un cercle", Archimède a d'abord calculé le nombre "pi" - le rapport de la circonférence au diamètre - et a prouvé qu'il est le même pour n'importe quel cercle. On utilise encore le système de nommage des entiers inventé par Archimède. La critique de Cicéron, le grand orateur de l'Antiquité, qui a vu la "sphère d'Archimède" - un modèle montrant le mouvement des corps célestes autour de la Terre, est curieuse : "Ce Sicilien possédait un génie que, semble-t-il, la nature humaine ne peut atteindre ." Archimède teste et crée la théorie des cinq mécanismes connus à son époque et appelés "mécanismes simples". Ce sont un levier ("Donnez-moi un point d'appui", disait Archimède, "et je déplacerai la Terre"), un coin, un bloc, une vis sans fin et un treuil. Mais Archimède savait aussi que les objets n'ont pas seulement une forme et une dimension : ils bougent, ou peuvent bouger, ou rester immobiles sous l'action de certaines forces qui font avancer les objets ou les équilibrent. Le grand Syracusain étudia ces forces et inventa une nouvelle branche des mathématiques dans laquelle les corps matériels, réduits à leur forme géométrique, conservent en même temps leur pesanteur. Cette géométrie de poids est la mécanique rationnelle, la statique et aussi l'hydrostatique. Archimède développe la doctrine de l'hydrostatique dans son ouvrage On Floating Bodies. « Supposons, dit le scientifique, qu'un liquide soit d'une nature telle que de ses particules situées au même niveau et adjacentes les unes aux autres, les moins comprimées soient expulsées les plus comprimées, et que chacune de ses particules soit comprimée par un liquide situé au-dessus de lui le long d'un fil à plomb, si seulement le liquide n'est enfermé dans aucun récipient et n'est pas pressé par quelque chose d'autre. S'appuyant sur cette position, Archimède prouve mathématiquement que les "conséquences" suivantes sont entièrement expliquées en utilisant l'hypothèse ci-dessus : "1) Les corps de poids égal à un liquide, étant abaissés dans ce liquide, sont immergés de sorte qu'aucune partie d'entre eux ne dépasse de la surface du liquide et ne descende. 2) Un corps plus léger qu'un liquide, étant descendu dans ce liquide, ne coule pas entièrement, mais il en reste une partie au-dessus de la surface du liquide. 3) Un corps plus léger qu'un liquide, étant descendu dans ce liquide, est immergé de sorte que le volume de liquide correspondant à la (partie du corps) immergée ait un poids égal au poids du corps entier. 4) Les corps plus légers que le liquide, qui sont abaissés de force dans ce liquide, seront poussés vers le haut avec une force égale au poids dont le liquide, qui a le même volume que le corps, sera plus lourd que ce corps. 5) Les corps plus lourds que le liquide, immergés dans ce liquide, couleront jusqu'au fond, et dans le liquide s'allégeront du poids du liquide dans un volume égal au volume du corps immergé. Le paragraphe 5 contient, en effet, la loi bien connue d'Archimède, dont la découverte lui permit, selon la légende, de vérifier la composition de la couronne du roi syracusain Hiéron. La célèbre histoire de la première application pratique de la loi d'Archimède est donnée par l'ancien auteur romain Vitruve dans son ouvrage "Sur l'architecture": "... Sur la base de sa découverte, il aurait fabriqué deux lingots, chacun du même poids que la couronne, l'un d'or, l'autre d'argent. Ayant fait cela, il a rempli le récipient d'eau jusqu'au bord. et a abaissé un argent un lingot, et c'est combien de lingot a été immergé dans le vase, la quantité d'eau correspondante s'est écoulée. En sortant le lingot, il a versé dans le vase une telle quantité d'eau, de quelle quantité était-elle moins là, mesurant l'eau versée avec un sextarium, de sorte que, comme auparavant, le récipient était rempli à ras bord d'eau, de là, il trouva quel poids d'argent correspond à quelle quantité spécifique d'eau. Après avoir fait un tel examen, il a ensuite de la même manière abaissé le lingot d'or dans un vase plein. Puis, le retirant et ajoutant la quantité d'eau qui s'était écoulée dans la même mesure, il trouva, sur la base d'un plus petit nombre de sextarii d'eau, combien moins de volume occupe un lingot d'or par rapport à un lingot d'argent. du même poids. Après cela, remplissant le récipient et abaissant la couronne dans la même eau, il constata que plus d'eau s'écoulait lorsque la couronne était immergée que lorsqu'une masse dorée de même poids était immergée ; et ainsi, sur la base de la conclusion que plus d'eau était déplacée par une couronne que par un lingot d'or, il découvrit un mélange d'argent dans l'or et découvrit le vol évident du fournisseur. "Dans cette histoire", note Ya.G. Dorfman, "seule la conclusion d'Archimède selon laquelle la couronne est constituée d'un alliage et non d'or pur est convaincante. Mais il ne résulte de nulle part que l'argent était nécessairement le deuxième composant. Dans Dans tous les cas, il s'ensuit Il convient de noter que cette découverte exceptionnelle d'Archimède marque la toute première application de la méthode de mesure physique au contrôle et à l'analyse de la composition chimique sans violer l'intégrité du produit. L'énorme importance pratique de cette découverte dans une époque où il n'y avait pas d'autres méthodes de ce genre, une attention générale et est devenue l'objet de recherches supplémentaires et d'une utilisation pratique au cours de nombreux siècles suivants. Apparemment, Archimède lui-même ne s'est pas limité à l'expérience semi-qualitative décrite, mais est passé à une mesure quantitative plus précise. Al-Khazini, l'auteur de l'ouvrage arabe du XIIe siècle "Le Livre de la Balance de la Sagesse", citant "mot pour mot" un traité du grec Ménélas, qui vécut à l'époque de l'empereur romain Domitien (81- 96 av. J.-C.), ne nous est pas parvenu, rapporte qu'Archimède « a inventé un dispositif mécanique qui, en vertu de sa construction délicate, lui a permis de déterminer la quantité d'or et d'argent contenue dans une couronne sans en altérer la forme. " Al-Khazini donne également un schéma de la structure de la "balance d'Archimède" avec une charge mobile. En comparant les poids des lingots mentionnés dans l'eau sur cet appareil, Archimède pouvait déterminer le rapport numérique de la gravité spécifique de l'or et de l'argent à l'aide d'un poids mobile, et en comparant les poids de la couronne et de l'un de ces lingots dans le de la même manière, il pourrait établir la quantité relative d'or et d'argent dans la couronne (si seulement ces deux métaux étaient inclus dans la composition de la couronne)". Synesius de Cyrène au XNUMXème siècle, un étudiant du célèbre scientifique alexandrin Hypatia, basé sur les principes d'Archimède, a inventé "l'hydroscope" - un hydromètre pour déterminer la gravité spécifique des liquides. L'appareil, en bronze, avait des encoches. Apparemment, cet appareil a été utilisé pour compiler des tables de gravité spécifique de divers liquides. Malheureusement, aucune de ces tables ne nous est parvenue. Auteur : Samin D.K.
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