Коготь Архимеда . Архимед. Закон Архимеда [Эврика! Радость открытия]
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.
ПОЛИСПАСТ
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».[2 Перевод С. П. Маркиша.]
АРХИМЕД: МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ
В этой книге представлены и реальные истории, и легенды, сложившиеся вокруг жизни, открытий и изобретений Архимеда.
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.
2. «Эврика! Эврика!» Радостное восклицание, которое, согласно легенде, издал Архимед, голым выскочив из ванны на улицу. Случилось это якобы после открытия им закона гидростатики. Очень маловероятно, что данная история произошла именно так. Скорее всего, она подверглась литературной обработке Витрувия.
3. Корона царя Гиерона II. Рассказ о короне, без сомнения, имеет под собой историческое основание, хотя для доказательства мошенничества необходимо было применить комбинацию закона Архимеда и закона рычага, а не просто довольствоваться вылившейся через край сосуда водой.
4.
Эпитафия на могиле. Весьма вероятно, что Архимед действительно завещал вырезать на своей могиле шар, вписанный в цилиндр. Цицерон нашел эту могилу, уже тогда сильно поврежденную, но, к сожалению, до наших дней она не сохранилась.
5. «Не трогай моих кругов!» Сама фраза, может быть, и выдумана, но контекст, в котором она, по преданию, была произнесена,— нет. Историки согласны в том, что Архимед был убит в своем доме во время работы. Неясно только, действительно ли он сказал эту фразу солдату перед убийством.
6. Архимедов винт. Данное устройство, скорее всего, было известно еще до рождения ученого. Но вполне возможно, что он каким-нибудь образом усовершенствовал его или же расширил область его применения.
7. Руководство обороной Сиракуз. Согласно всем достоверным источникам эти сведения об Архимеде, по-видимому, верны.
8. «Коготь Архимеда».
Ученый действительно построил машину, которая поднимала и разрушала корабли противника, как это следует из хроник.
9. Тепловой луч. Почти наверняка является мифом из-за технических ограничений и молчания античных историков.
10. Вычисление ?. Часто говорят, что Архимед вычислил число ?. Это невозможно! Десятичное представление числа ? является бесконечным и не имеет периода. Поэтому знаки данного числа после запятой можно вычислять бесконечно. Но правда в том, что Архимед вычислил приближение для числа ?, которое используется до сих пор, — 3,14.
Полиремы, «Коготь Архимеда» и еще 6 видов древнего супероружия, которое наводило ужас на врагов
В наши времена военные технологии уже выглядят как что-то инопланетное. Посмотри на все эти новые истребители, подводные лодки, способные поразить цель ракетами на расстоянии в несколько тысяч километров, и на спутники, отслеживающие перемещение людей и техники с точностью до нескольких сантиметров.
На их фоне древние войны с мечами, щитами и примитивными галерами кажутся чем-то нелепым, вроде детских игр с палками в качестве воображаемого оружия.
Но было среди древнего арсенала и настоящее супероружие, аналоги тактических ядерных ракет и сверхточных дальнобойных винтовок своего времени. И такое оружие наводило ужаса не меньше, чем сейчас — ядерные ракеты, ждущие своего часа в секретных шахтах по всему миру.
1 «Греческий огонь»
сли ты думаешь, что огнемёты придумали в Первой или Второй мировой войнах, то ты ошибаешься. После падения Западной Римской империи в 476 году Восточная Римская империя, которая у нас больше известна как Византия, взяла на себя роль главного государства на планете. Туда стекались лучшие умы своего времени, в том числе и военные инженеры.
И примерно в те времена византийцы придумали что-то вроде напалма, назвав это «Греческий огонь». Что-то подобное использовалось ещё в I веке до нашей эры воинами Понтийского царства против Римской империи, но тот самый «напалм» довели до ума намного позже, примерно в XVII веке нашей эры.
Византийцы поставили на свои корабли специальные огнемёты, через которые и подавался «Греческий огонь», и применяли это супероружие вплоть до падения Константинополя. В исторических документах описывается, что смесь имела желеобразную структуру, мгновенно воспламенялась и горела даже на воде. Силу «Греческого огня» прочувствовали на себе и наши предки, которые в VIII–IX веке регулярно совершали набеги на территорию Византии.
«Греческий огонь» был настолько мощным оружием, что его состав тщательно скрывался, являясь государственной тайной. После падения Византии секрет был утерян.
2 «Коготь Архимеда»
Ты знаешь Архимеда как учёного, который прокричал своё знаменитое «Эврика!», когда увидел подъём уровня воды в ванне из-за погружения в него тела. Но помимо математики, физики и астрономии, этот великий учёный был ещё инженером. Когда римский флот в 215 году до нашей эры напал на Сиракузы, родину Архимеда, тот соорудил супероружие своего времени «Коготь Архимеда», которое также известно как «Железная рука».
Оружие представляло собой крюк, прикреплённый к большому крану. Когда корабль приближался к стенам города, крюк захватывал судно, кран поворачивался и опрокидывал его. Благодаря этому оружию Сиракузы смогли отразить атаку и на несколько лет отбить у римлян желание снова вторгаться в эти земли.
3 «Зеркало Архимеда»
Снова Архимед, и снова супероружие от гениального учёного. На этот раз он предложил использовать одно большое либо несколько небольших зеркал, объединённых в одну систему, которые могли фокусировать солнечный свет на кораблях и поджигать их.
В наше время историки скептически относятся к существованию этого супероружия. В 2005 году исследователи из Массачусетского технологического института смогли поджечь трёхметровую копию римской лодки из дуба. Но в эксперименте использовали современные стеклянные зеркала, тогда как самым лучшим материалом для отражения света во времена Архимеда была только полированная бронза.
Недостатком было то, что для поджигания судна требовалась безоблачная погода. Но даже при этом одного лишь использования в бою «Зеркала Архимеда» с возгоранием пары лодок было бы достаточно, чтобы нагнать ужас на римских воинов.
4 Боевые слоны
Первое применение боевых слонов встречается в Индии примерно в VI веке до нашей эры. Примерно в IV веке нашей эры их стал использовать в своей армии Александр Македонский после войны против Империи Маурьев, а через пару столетий боевые слоны вошли в состав карфагенской и римской армий.
Несмотря на неуклюжесть и малую скорость, боевые слоны были очень эффективны в бою, представляя собой предков современных танков. В 218 году до нашей эры карфагенский полководец Ганнибал с армией, в составе которой были почти сорок боевых слонов, пересёк Альпы и зашёл к ничего не подозревающей римской армии с тыла, нанеся огромный ущерб и убив несколько сотен тысяч человек.
Римляне же в ответ напали на Карфаген, где также использовали боевых слонов.
Боевые слоны выполняли сразу две задачи: пугали врагов до беспамятства, заставляя их бросать оружие и бежать, а также сминали вражеские построения, втаптывая пехоту и кавалерию в землю. Примерно тот же эффект через два тысячелетия оказывали первые танки — неуклюжие, медленные, но приводившие в ужас любого воина.
Позже римляне разработали тактику по эффективному устранению боевых слонов с помощью ям-ловушек с шипами и запугиванию горящими свиньями. Из-за этого танки античной эпохи постепенно исключались из армий вплоть до полного исчезновения.
5 Полиремы
Мы привыкли к огромным авианосцам, которые перевозят несколько тысяч человек и десятки самолётов на огромные расстояния, являясь, по сути, плавучими городами. А в древнюю эпоху корабли редко превышали в длину тридцать метров. Распространённые в античные времена триремы имели длину тридцать-сорок метров, управлялись максимум 170 гребцами и могли преодолевать более ста километров в день.
Греки всегда стремились к развитию, и их военная наука была лучшей вплоть до становления Римской империи. Нравился им и гигантизм, что отражается в мифах, статуях и кораблях. Самым большим судном, из когда-либо построенных в эллинистической Греции, была полирема «Тессараконтерес». Судно имело 130 метров в длину и приводилось в движение четырьмя тысячами гребцов. Этот корабль в те времена был аналогом мощного ядерного оружия: наводил ужас без использования в бою.
Позже была построена полирема «Леонтофор», которая имела 110 метров в длину, управлялась 1 600 гребцов и вмещала более тысячи воинов. Вот этот корабль уже участвовал в боях и внушал страх любому, кто замечал это супероружие на горизонте.
6 Корвус
огда Римская республика только начала путь к своему могуществу, она уже имела достаточно сильную сухопутную армию, которая намного опережала других воинов по уровню дисциплины. Но на море у Рима дела шли не очень гладко, ведь без сильного флота можно легко попасть в морскую блокаду, что для Итальянского полуострова серьёзная проблема.
Во времена Пунических войн (III–I век до нашей эры) Средиземным морем правило государство Карфаген, имевшее лучший на тот момент флот. Их корабли были быстрее и манёвреннее римских, из-за чего Рим терпел одно поражение за другим.
Но когда римляне изобрели корвус, ситуация резко поменялась. Корвус переводится с латыни как «ворон» из-за схожести крепления с когтем птицы и представлял собой абордажную платформу до десяти метров в длину и до полутора метров в ширину. Когда корабль подходил на достаточное расстояние, корвус опускался на вражеское судно, и его крюк крепко застревал в древесине, после чего римская пехота шла на абордаж, не оставляя карфагенским морякам ни шанса.
Корвус был так эффективен, что в битве при Миле, прошедшей в 260 году до нашей эры во время Первой Пунической войны, римляне потопили 44 из 130 кораблей Карфагена и убили около десяти тысяч моряков.
7 Осадные башни
то сейчас осадные башни смотрятся как что-то нелепое, а для людей, которые не привыкли видеть здания больше двух-трех этажей, башня высотой в десять-пятнадцать метров вызывала шок.
Осадные башни впервые стали использовать ещё ассирийцы в IX веке до нашей эры. Позже эту технологию переняли сначала греки, а потом и римляне.
Самой крупной осадной башней была македонская «Хелеполис», что переводится как «Властитель городов». И она оправдывает своё название высотой в 40 метров и тараном 55 метров в длину. Чтобы ты понимал, это примерно высота 12-этажного дома. Представь, что на твой город надвигается башня высотой с 50-этажный небоскрёб, и поймёшь чувства людей, находившихся за стеной осаждаемого города.
Для передвижения этого супероружия требовалось почти 3,5 тысячи человек и около тысячи для управления тараном. Как правило, завидев башню вдалеке, города предпочитали идти на переговоры. Однако в 305 году до нашей эры, когда македонцы осаждали Родос, оборонявшиеся просто залили «Хелеполис» тоннами грязи, из-за чего башня стала чрезмерно тяжёлой и застряла на месте.
8 Биологическое оружие
Биологическое оружие — это изобретение вовсе не времен Второй мировой войны и даже не Средневековья.
Историки предполагают, что самое раннее использование биологического оружия датируется XIV веком до нашей эры, когда в войнах между хеттами и арзаванами использовались заражённые туляремией животные.
В V веке до нашей эры историк Геродот писал, что скифы стреляли из луков стрелами, наконечники которых были смазаны смесью навоза, протухшей крови и паучьего яда. Даже при лёгком ранении у человека не оставалось шансов выжить.
В Пелопоннесской войне конце V века до нашей эры спартанцы травили афинские колодцы, кидая в них погибших от лихорадки Эбола. В Пунических войнах Ганнибал запускал в римские корабли сосуды, наполненные ядовитыми змеями.
Всё это показывает, что в древности хорошо понимали роль биологического оружия и использовали его повсеместно, временами выкашивая таким образом целые города.
Гений разрушительного «Железного когтя» Архимеда и другого оружия
Предоставлено Кристофом Бауманном, изучал древнюю историю в Гейдельбергском университете разрушительное воздействие на атакующий римский флот.
Греческий историк Полибий описал строение и характеристики клешни:
… опустил железную руку, качнувшуюся на цепи , которой управлявший краном человек, закрепившись на какой-нибудь части носа, где можно было ухватиться, надавил на рычаг машины внутри стены; и когда он таким образом поднял нос и поставил судно прямо на корму , закрепил рычаг своей машины так, чтобы ее нельзя было сдвинуть; а затем внезапно ослабил руку и цепь с помощью веревки и шкива.
Полибий, Истории, 8.8[1]
Эти машины использовались во время Второй Пунической войны в 214 г. до н. э., когда Римская республика напала на Сиракузы с флотом из 60 кораблей под командованием Марка Марцелла. Их влияние на римский флот было катастрофическим:
В результате многие суда накренились и упали на бок : некоторые полностью опрокинулись; в то время как большее количество, из-за того, что их носы внезапно спустились с высоты, погрузились низко в море, подняли большое количество воды и стали сценой крайнего беспорядка.
Полибий, Истории, 8.8 [2]
Флорентийский архитектор Джулио Париджи (1571–1635), вероятно, воспринял коготь в своей картине слишком буквально
Согласно Полибию, коготь был не единственным защитным изобретением Архимеда, использованным против нападения римлян. Городская стена была покрыта катапультами с разной дальностью полета, и для защиты от приземления в стенах были узкие промежутки, чтобы лучники изнутри стены могли атаковать десант.
Еще одним гениальным изобретением Архимеда было большое зеркало для поджигания кораблей.
Снова картина флорентийского архитектора Джулио Париджи (1571–1635)
Таким образом, римляне усвоили дорогой урок:
Но в этом не учли способностей Архимеда; и не рассчитывайте на истину, что при определенных обстоятельствах гений одного человека более эффективен, чем какие бы то ни было цифры.
Полибий, Истории, 8.
5[3]
Таков был конец попытки римлян штурмовать Сиракузы с моря.
Сноски
[1] Полибий, Истории
[2] Полибий, Истории
[3] Полибий, Истории
—————————————————
Вот видео об этом в действии:
Еженедельный информационный бюллетень History Hustle
Еженедельный информационный бюллетень для любителей истории, таких как вы. Раз в неделю. Только классные вещи.
Это первоначально появилось на Quora.
4 невероятных изобретения Архимеда, которые до сих пор ставят нас в тупик ‘ оружие из истории, и как эти искусные конструкции намного опередили свое время. И, говоря о том, что они «опередили время», очень немногие могут превзойти чистую изобретательность, которой обладал великий Архимед.
Древнегреческий инженер, изобретатель, астроном и математик, он известен тем, что разработал ряд математических понятий, в том числе — бесконечно малые и метод исчерпывания (для определения известных геометрических теорем, таких как площадь круга), приближение значения из pi и система возведения в степень для определения очень больших чисел. Эти блестящие «смеси» дополняются на инженерном уровне множеством механических изобретений, от винтовых насосов до военных машин. Достаточно сказать, что нас, как кураторов истории и науки, больше интересуют эти механизированные приспособления — и поэтому без лишних слов давайте поговорим о четырех вероятных (и увлекательных) изобретениях Архимеда, которые до сих пор впечатляют нас своим размахом «современности». ‘. *Мы используем термин ВЕРОЯТНЫЙ, потому что историкам известно очень мало деталей жизни Архимеда, причем большинство источников относятся к литературным свидетельствам, написанным после жизни гения. Другими словами, не сохранилось никаких сохранившихся образцов работы Архимеда, и поэтому все эти «изобретения» основаны на исторических гипотезах.
Гениально изобретенное устройство, Винт Архимеда состоял из винтового механизма внутри полого корпуса. Этот винт можно было вращать с помощью силы ветра (через ветряную мельницу) или вручную (предположительно, с помощью рычага наверху). Итак, когда вал совершал вращательное движение, нижний конец механизма зачерпывал объемы воды. По сути, объем воды проходил через корпус против силы тяжести и, наконец, достигал оросительных каналов верхнего уровня. Это позволило фермерам спасти драгоценную воду из различных низкоуровневых зон, включая шахты и овраги.
С точки зрения техники, могло быть два варианта конструкции винта Архимеда: один включал подвижный винт в неподвижном корпусе, а другой включал вращающийся винт, который двигался вместе с вращающимся корпусом. В любом случае винт, скорее всего, был соединен с внутренней частью корпуса с помощью смоляной смолы. Также должны были быть сценарии, в которых вся хитроумная штуковина создавалась как единое целое, а единственная часть была сделана из бронзы.
Интересно, что с литературной точки зрения греческий писатель Афиней из Навкратиса упомянул, что винт Архимеда был построен по необходимости для отвода воды из, возможно, самого большого корабля в древнем мире — Сиракузии . Это массивное морское судно (также спроектированное самим Архимедом) могло вместить более 600 человек, а также могло похвастаться такими бортовыми удобствами, как садовые украшения, спортзал и храм Афродиты! Однако затруднительное положение было связано с тем, что через корпус гигантского корабля все еще просачивалась вода. Таким образом, в качестве гениального решения винт Архимеда мог удалять трюмную воду против силы тяжести, чтобы корабль безопасно оставался на плаву.
2) Коготь Архимеда – В то время как вышеупомянутый винт Архимеда, возможно, играл свою роль в мерах безопасности корабля, Коготь Архимеда выполнял совершенно противоположную цель. Вероятно, разработанная для защиты прибрежной стены древнего города Сиракузы от вражеских кораблей, военная машина описывалась древними авторами как своего рода подъемный кран с подвешенным крюком.
Таким образом, когда клешня была активирована (возможно, с помощью гигантского рычага, для работы которого требовалось много людей), этот подвесной крюк мог физически поднять корабль, прикрепившись к носу. Инерция этого огромного крюка могла затем опрокинуть и потопить корабль (или даже потревожить близлежащую воду, чтобы дестабилизировать плавучий корабль).
Теперь, как и любое другое изобретение Архимеда, многие исследователи пытались проверить правдоподобие Когтя Архимеда. С этой целью и BBC, и Discovery Channel доказали надежность такого устройства, что предполагает, что такое хитрое изобретение (или, по крайней мере, аналогичный механизм) могло быть использовано во время войны.
На самом деле, согласно Ливию, «Коготь Архимеда» был одной из тех орудий войны, которые сделали возможными контратаки против вторгшегося римского флота во время кровавой осады Сиракуз, длившейся более двух лет с 214 по 212 г. ДО Н.Э. Древний историк описывает, как устройства использовались под покровом ночи, когда римский флот из более чем 60 квинкверем во главе с Марком Клавдием Марцеллом продвигался к городским стенам.
Ливий даже отметил эффективность этой тактической уловки, которая привела к большим потерям римлян на начальных этапах конфликта.
Хотя название определенно намекает на общий стимпанк/научно-фантастический троп, изобретение Архимеда Луч смерти было предметом бесчисленных исторических дебатов, которые либо пытались доказать, либо опровергнуть его существование или, по крайней мере, эффективность. В любом случае, использование так называемого механизма «Луч смерти» впервые было упомянуто историком Галенсом через 350 лет после осады римлянами родного города Архимеда Сиракуз.
Что касается конструкции, установка оружия, возможно, включала в себя ряд зеркал, которые вместе отражали концентрированный солнечный свет на римские корабли. В результате концентрированная форма света повлияла на повышение температуры, что в конечном итоге привело к возгоранию кораблей издалека (взгляните на современный «луч смерти», который точно доказывает это явление).