Archimedes war möglicherweise der größte Wissenschaftler der Welt-zumindest der größte im klassischen Zeitalter. Er war Physiker, Mathematiker, Astronom, Erfinder und Ingenieur. Viele seiner Erfindungen, Theorien und Konzepte sind heute noch im Einsatz. Vielleicht war seine bekannteste Leistung sein“ Eureka “ – Moment, als er das Prinzip des Auftriebs entdeckte.
Archimedes lebte in Syrakus auf der Insel Sizilien im dritten Jahrhundert v. Chr., Zu dieser Zeit war Syrakus laut Scientific American eine der einflussreichsten Städte der Antike. Handelsschiffe aus Ägypten, Griechenland und Phönizien füllten den Hafen des Stadtstaates. Es war auch ein Zentrum des Handels, der Kunst und der Wissenschaft, nach dem Archimedes Palimpsest.
Nach dem Studium der Geometrie und Astronomie in Alexandria, dem „größten intellektuellen Zentrum der Antike“, ließ sich Archimedes laut Scientific American in Syrakus nieder, um ein Leben voller Gedanken und Erfindungen zu führen.
Eine seiner Erfindungen war die Archimedes-Schraube., Dieses Gerät verwendet einen Korkenzieher mit einem Hohlrohr. Wenn sich die Schraube dreht, wird Wasser in das Rohr gezogen. Es wurde ursprünglich verwendet, um Meerwasser aus dem Schiffsrumpf zu entleeren. Es wird heute noch als Bewässerungsmethode in Entwicklungsländern verwendet, so der Archimedes Palimpsest.
Archimedes sagte berühmt: „Gib mir einen Hebel und einen Platz zum Stehen, und ich werde die Welt bewegen.“Dieser prahlerische Anspruch drückt die Kraft der Hebelwirkung aus, die zumindest im übertragenen Sinne die Welt bewegt., Archimedes erkannte, dass man, um die gleiche Menge oder Arbeit zu leisten, mit einem Hebel einen Kompromiss zwischen Kraft und Distanz herstellen konnte. Sein Gesetz des Hebels besagt: „Magnituden sind in Abständen im Gleichgewicht, die zueinander proportional zu ihren Gewichten sind“, so“ Archimedes im 21st Jahrhundert“, ein virtuelles Buch von Chris Rorres an der New York University.
Archimedes entwickelte auch Verteidigung für Syrakus gegen eindringende Armeen. Er stärkte die Mauern von Syrakus und baute Kriegsmaschinen. Seine Werke hielten die Römer zwei Jahre lang zurück. Im Jahr 212 v. Chr.,, Kräfte unter General Marcellus überholten die Stadt.
Marcellus hatte Respekt vor Archimedes und schickte Soldaten, um ihn zu holen, damit er den berühmten Mathematiker treffen konnte. Nach dem Archimedes Palimpsest konzentrierte er sich so sehr auf die Lösung eines mathematischen Problems, dass er nicht wusste, dass die Römer die Stadt gestürmt hatten. Als ein Soldat ihm sagte, er solle ihn begleiten, um den General zu sehen, sagte Archimedes ihm, er solle weggehen. Der wütende Soldat schlug ihn nieder. Marcellus befahl, Archimedes mit Ehren zu begraben., Archimedes ‚ Grabstein wurde mit dem Bild einer Kugel in einem Zylinder graviert und illustrierte eine seiner geometrischen Abhandlungen.
‚Eureka! Eureka!,‘
Archimedes ist in die Geschichte eingegangen, als der Typ, der nackt durch die Straßen von Syrakus lief und „Eureka!“— oder „ich habe es!“auf Griechisch. Die Geschichte hinter diesem Ereignis war, dass Archimedes damit beauftragt wurde zu beweisen, dass eine neue Krone für Hieron, den König von Syrakus, nicht reines Gold war, wie der Goldschmied behauptet hatte. Die Geschichte wurde erstmals im ersten Jahrhundert v. Chr. von Vitruv, einem römischen Architekten, niedergeschrieben.
Archimedes dachte lange und hart, konnte aber keine Methode finden, um zu beweisen, dass die Krone kein festes Gold war., Bald darauf füllte er eine Badewanne und bemerkte, dass beim Einsteigen Wasser über den Rand verschüttet wurde und er erkannte, dass das von seinem Körper verdrängte Wasser dem Gewicht seines Körpers entsprach. Wissend, dass Gold schwerer war als andere Metalle, die der Kronenhersteller hätte ersetzen können, Archimedes hatte seine Methode, um festzustellen, dass die Krone kein reines Gold war. Er vergaß, dass er sich ausgezogen hatte, und rannte nackt die Straßen von seinem Haus zum König hinunter und rief: „Eureka!,“
Das Archimedes-Prinzip
Nach Boundless besagt das Archimedes-Prinzip, dass die Auftriebskraft auf ein in eine Flüssigkeit getauchtes Objekt gleich dem Gewicht der Flüssigkeit ist, die von diesem Objekt verdrängt wird.
Wenn ein Glas oben mit Wasser gefüllt ist und dann Eiswürfel hinzugefügt werden, was passiert? Genau wie das Wasser, das über den Rand verschüttet wurde, als Archimedes seine Badewanne betrat, wird das Wasser im Glas überlaufen, wenn Eiswürfel hinzugefügt werden., Wenn das auslaufende Wasser gewogen würde (Gewicht ist eine Abwärtskraft), würde es der aufwärts gerichteten (Auftriebs -) Kraft auf das Objekt entsprechen. Aus der Auftriebskraft kann das Volumen oder die durchschnittliche Dichte des Objekts bestimmt werden.
Archimedes konnte feststellen, dass die Krone aufgrund des Volumens des verdrängten Wassers kein reines Gold war, denn obwohl das Gewicht der Krone mit dem Gewicht des Goldes identisch war, das der König dem Kronenhersteller gab, war das Volumen aufgrund der verschiedenen Dichten der Metalle unterschiedlich.,
Verwendung des Archimedes-Prinzips
Das Archimedes-Prinzip ist ein sehr nützliches und vielseitiges Werkzeug. Es kann nützlich sein, das Volumen unregelmäßiger Objekte wie Goldkronen zu messen und das Verhalten eines Objekts in einer Flüssigkeit zu erklären. Archimedes ‚ Prinzip beschreibt, wie Schiffe schwimmen, U-Boote tauchen, Heißluftballons fliegen, und viele andere Beispiele, nach Wissenschaft geklärt. Das Archimedes-Prinzip wird auch in einer Vielzahl wissenschaftlicher Forschungsbereiche verwendet, darunter Medizin, Ingenieurwesen, Entomologie, Ingenieurwesen und Geologie.,
Aktuelle Forschung
Knochenvolumina/ – dichten
Das Archimedes-Prinzip hat viele Anwendungen im medizinischen und zahnmedizinischen Bereich und wird zur Bestimmung der Dichten von Knochen und Zähnen verwendet., In einer 1997 in der Fachzeitschrift Medical Engineering & Physics veröffentlichten Arbeit verwendeten die Forscher das Archimedes-Prinzip, um das Volumen des inneren schwammigen Teils des Knochens, auch bekannt als Krebsknochen, zu messen. Der Volumenanteil des Krebsknochens kann in verschiedenen Alters-und Gesundheitsstudien verwendet werden, einschließlich als Index in Alterungsstudien, Osteoporose, Knochenstärke, Steifheit und Elastizitätsstudien., Verschiedene Methoden nach dem Archimedes-Prinzip wurden getestet, um die Reproduzierbarkeit der Messungen zu erhöhen: eine, bei der der Knochen in destilliertes Wasser getaucht wurde, eine, bei der der Knochen in eine Wasser-und Tensidlösung getaucht wurde, und eine dritte, bei der der Knochen in einen versiegelten Behälter gegeben wurde, in dem die Änderungen des Gasdrucks aufgezeichnet wurden.,
Ein Artikel, der 2017 in der Zeitschrift Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology veröffentlicht wurde, ähnelt dem vorherigen Artikel, in dem verschiedene Methoden zur Bestimmung der Reproduzierbarkeit verwendet wurden, von denen eine das Archimedes-Prinzip verwendete. Das Archimedes-Prinzip wurde mit der Verwendung der Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT) zur Messung des Zahnvolumens verglichen. Die Tests, bei denen das Archimedes-Prinzip und CBCT-Messungen verglichen wurden, zeigten, dass letzteres ein genaues Werkzeug bei der Planung von Zahnbehandlungen wäre.,
U-Boote
Ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Design für ein U-Boot, das 2014 in der Fachzeitschrift Informatics, Electronics and Vision beschrieben wurde, basiert auf dem Archimedes-Prinzip. Laut den Autoren sind U-Boote so konzipiert, dass sie vollständig unter Wasser reisen und sich auf das Archimedes-Prinzip stützen, um eine konstante Tiefe aufrechtzuerhalten., Das Design dieses U-Boot-Prototyps verwendet Berechnungen, die die Masse, Dichte und das Volumen sowohl des U-Bootes als auch des verdrängten Wassers betreffen, um die erforderliche Größe des Ballasttanks zu bestimmen, wodurch die Wassermenge bestimmt wird, die es füllen kann, und damit die Tiefe, in die das U-Boot tauchen kann.
Wasser-walking bugs
Während die Archimedes prinzip ist verwendet in u-boot design zu helfen sie tauchen und wieder auftauchen, es erklärt auch die grund, warum einige bugs können gehen auf wasser., In einer 2016 in Applied Physics Letters veröffentlichten Studie verwendeten die Forscher eine Methode zur Messung von Schatten, die von den Wasserläufern erzeugt wurden, um die Krümmungen in der Wasseroberfläche zu messen. Diese Dips können dann verwendet werden, um das Wasservolumen abzuleiten, das verschoben wurde, was zu der Kraft führt, die verwendet wird, um die Wasserwanzen über Wasser zu halten. Die Autoren sagten, es gebe ein großes Interesse daran, die Physik hinter den Wasserläufern zu verstehen, um biomimetische Wasserläuferroboter zu entwickeln.,
Geologie
Ein 2012 in Soft Matter veröffentlichtes Papier beschreibt eine tiefere Sicht auf das Archimedes-Prinzip, das die Autoren als verallgemeinertes Archimedes-Prinzip bezeichnen. Das Archimedes-Prinzip, wie es typischerweise verwendet wird, kann in vielen Fällen der Untersuchung von Sedimentationsprofilen nur als Näherung verwendet werden, während das verallgemeinerte Prinzip Phänomene wie dichtere Partikel, die auf einer leichten Flüssigkeit schweben, erklären kann., Der Schlüsselpunkt der Autoren liegt in den Dichtestörungen, die durch die in der Flüssigkeit suspendierten Partikel induziert werden, was bei der traditionellen Verwendung des Archimedes-Prinzips nicht berücksichtigt wird, und es wird ein neuer Ansatz für das Archimedes-Prinzip abgeleitet.