阿基米德
人物簡介
當我們進入中學學習，從圓周率（π）值中首先接觸到“阿基米德”的名字。此後，在學習物理，接觸到“浮力”時，又學習了“阿基米德定律”；而且還有“阿基米德杠杆”、“阿基米德螺旋”等等。阿基米德不僅是一個偉大的數學家，而且是靜力學、液壓靜力學等一些現代科學的奠基人，被後人稱之為“力學之父”。同時，他還是一位天才的發明家和工程師，他所發明的杠杆、螺旋揚水機等，被勞動人民廣泛應用於生產中，至今在我們的生產、生活中，仍然發揮著很大的作用。“阿基米德”的名字被古今中外、世世代代的勞動人民、科學工作者傳頌著。
一、亞曆山大裏亞的學習生活
阿基米德出生於公元前285年西西裏島東部的一個城邦國家——敘拉古。敘拉古連同西西島原是希臘的殖民地。希臘帝國飽經戰禍而解體後，這一地區形成了許許多多獨立的所謂“希臘化”城邦國家，敘拉古就是其中之一。這裏地處地中海北岸，土地肥沃，糧草茂盛，素有糧倉之稱。西西裏島的是處於歐洲與非洲的連接地帶，這裏隨著造船業的迅速發展和手工業的發展而日益成為商業和海上貿易的中轉站。這裏的人民世世代代承襲古希臘燦爛的文明，用自己的雙手，創造著財富，過著富裕安康的生活。
在地中海北岸的意大利半島上，有一個強大的羅馬帝國，他們擁有一支規模強大、裝備精良的軍隊和海上船隊。隨著奴隸製的發展，奴隸主階級對奴隸、土地和商業的貪求，使他們對僅隔一狹窄的墨西拿海峽，土地肥沃、物產豐富、商業發達的西西裏島垂涎欲滴。他們處心積慮地養精蓄銳，期望著有一天能跨海征戰，占領西西裏這個寶島。
而位於地中海南岸、非洲北部的另一商業大國迦太基（今摩洛哥）是地中海沿岸的商業大樞紐，這裏的奴隸主素以經商和航海著稱。迦太基擁有強大的海軍，並且配有戰象和攻城設備的步兵，他們也同時看中了富裕的西西裏島，與處在擴張勢頭上的羅馬帝國互相抗衡，一場爭奪西西裏島大戰一觸即發。
阿基米德就是在這種形勢下來到人世的。他的家庭是一個書香人家，他的父親叫費狄，是敘拉古有名的學者。阿基米德從小就在父親的熏陶下，養成了勤奮好學，勤於思考的習慣。並且從父親那裏受到了很好的數學、天文學、幾何學的教育。在他10歲以前，就將父親的藏書全看遍了，求知欲極強的阿基米德又拜訪了許多敘拉古的學者，從他們那裏學到了許多知識。
敘拉古的國王亥洛是一個年青有為、勇敢善戰的將官，曾在希臘皇帝皮爾部下服過役。是他，受到士兵的擁護，在自己的家鄉建立了獨立的城邦國家，並做了敘拉古的國王。他將自己的國家治理得井井有條，使人民過著富裕的生活。麵對南北兩大強國對西西裏的垂涎，亥洛意識到，要想使自己的國家免於戰爭的劫難，隻能走勵精圖治、富國強兵之路。因此他不斷地派有誌報國的青年學者去當時世界的文化中心——亞曆山大裏亞學習科學知識。公元前274年，11歲的阿基米德便成為這些青年學者的一員，被國王亥洛派到亞曆山大裏亞學習。
亞曆山大裏亞位於尼羅河口，在現在的埃及境內，是地中海沿岸最大的城市。城內的博物院是當時最大的學術中心：包括圖書館研究院等。這裏的藏書非常豐富，據說有70萬卷之多，因此吸引了全世界的知名學者和科學家。他們在這裏博覽群書，交流學術思想，對哲學和科學進行研究和總結。阿基米德到了亞曆山大裏亞之後，一頭紮進了書的海洋中，如饑似渴地吸取前人留下的豐富的文化知識，常常忘了吃飯，每天都是當圖書館閉館的時候，才戀戀不舍地離開。他不僅吸收書本的知識，而且還經常向長輩和大學者求教，這些學者給了他無私的關懷和教誨，使阿基米德終身受益。在埃及青年科學家埃拉托色尼的影響下，阿基米德迷戀上了天文學。他們兩人一起在星光燦爛的亞曆山大裏亞觀察夜空。美麗而圖案豐富的天星，激起了阿基米德的遐思和向往，引導他們探索宇宙的奧秘。阿基米德根據長期觀察的結果，自己動手製作了一個用水推動的行星儀。這架行星儀由許多齒輪和杠杆巧妙地聯係在一個轉動軸上，上麵有代表太陽、月亮、行星和地球的各點，用水力推動，能模仿太陽、月亮、地球、行星的運動，並能表示出日蝕和月蝕。阿基米德還為此專門寫了一本書《天球儀的製作》，來闡明自己對星星運行軌跡的解釋。
埃拉托色尼是一位數學方麵很有造詣的科學家。阿基米德很刻苦地向埃拉托色尼學習數學方麵的知識；並在埃拉托色尼的啟發下，學習了一套土地丈量法，為尼羅河兩岸的衝積平原丈量土地，他能夠不爬山就計算出山的高度，甚至還能計算出地球的直徑，與我們今天所知的地球直徑相差僅100多公裏。
在當時的學術界，科學家們更多地注重科學理論的形成和闡述，不太重視科學在實際工作和生活中的運用。而阿基米德則不然，他在亞曆山大裏亞學習期間，曾到各地參觀遊覽。他看到由於尼羅河泛濫，人們不得不一年年加高河堤，這樣，堤外高處的農作物得不到灌溉，就研究製作了螺旋揚水機。這是一個兩頭開口的圓柱形管子，長4—6.5公尺，有一個螺旋軸，將管子斜放，一頭放在低處的河水裏，另一頭放在高處的灌溉渠道上，用手搖動把手，或用牲畜拉動長柄，螺旋就會繞軸不間斷的旋轉，將水連續從低處抽到高處，解決了尼羅河高堤外麵的農田灌溉問題。這種機械，人們稱之為“阿基米德螺旋”。用“阿基米德螺旋”原理製成的各種器械，可以用來傳送小塊固體、粉末、粘性液體等，也可以做成螺旋攪拌混合機械，如絞肉機等，一直被後人沿用至今。最典型的“阿基米德螺旋”線，如我們現在經常使用的熏蚊子的盤香、卷筒紙的端麵等。
阿基米德在亞曆山大裏亞不僅學到了許多知識，而且培養了善於觀察、善於思考的習慣。因此，他邊學習，邊研究思考，邊動手進行實際製作，把自己學到的知識用於解決勞動人民在生產實踐中產生的實際問題。因此他不同於其他的學生，不僅學到了知識，而且開闊了眼界，掌握了許多本領。
二、發現杠杆原理
阿基米德聽從祖國的召喚，離開了培養他多年的亞曆山大裏亞城，帶著豐富的知識和敘拉古人民的期望回到了他的祖國——敘拉古城。國王亥洛任命他為國王顧問，對他滿懷期望，希望他能將他在亞曆山大裏亞學到的知識用於建設祖國，使祖國日益強大起來。
剛回到祖國，阿基米德就走上田間地頭，去觀察勞動人民的生產生活。他看到田間農夫鑿井汲水，用以灌溉農田，農夫的操作實在太勞累了。他們從井台將吊桶放進深深的井裏，然後用繩子艱難地一段段提起。以後技術有了改進，農夫們在井台邊豎立一根立杆，這立杆上部安一根橫杆，它的一端懸掛吊桶，人在另一端用不大的力就可將吊桶吊起，這是什麼原因呢？還有當一個巨大的石塊，二三人都都搬不動時，用一根堅硬的木棒，塞到石塊底下，一個人用肩使勁一杠，就能將石塊挪動，這又是為什麼呢？阿基米德苦苦思索，甚至忘了吃飯，回去後，又經過多次試驗，阿基米德得出物體有“重心”的結論。由此出發，他對杠杆的平衡條件進行了數學的證明；從多年來的杠杆原理為基礎的生產工具的許多實際應用中，總結出科學、全麵、係統的定律，這就是杠杆定律。在《論平麵圖形的平衡》這部著作中，阿基米德將杠杆原理總結成如下定理：
1.重量相等的物體，加在離支點距離相等的杆上是平衡的。
2.重量不相等的物體，加在離支點距離相等的杆上，杆子就傾向重的一麵。
3.重量相等的物體加上離支點距離不相等的杆上，杆子就傾向離支點遠的一端。
4.一組重物，可用等量的一個重物來代替，隻要這個重物的重心是在這一組重物重心的位置上。相反，一個重物可用一組等量的重物代替，隻要這一組重物的重心在這個重物重心的位置上。
5.麵積不相等但有相似形狀的幾何圖形的重心，在它相似圖形相應的位置上。
阿基米德發現的關於杠杆的這個定理後來被叫做“阿基米德定理”，它被更通俗的表示為：
動力與動力臂的乘積等於阻力與阻力臂的乘積。
我們通俗地將使杠杆運動的力叫動力，阻礙杠杆運動的力（通常所說的重物）叫阻力。杠杆的固定點叫支點。從支點到動力的作用線的垂直距離叫動力臂；從支點到阻力的作用線的垂直距離叫阻力臂。於是，利用這個原理要想將一定的重物（即阻力）移動時，隻要使動力臂大於阻力臂時，就可以了。
我們日常生活中使用的杆秤，就是杠杆原理的最好證明。
對於阿基米德發現的“杠杆原理”，國王亥洛是心悅誠服的。當時人們已經知道，人類所處的地球是一個圓球狀的。因此，亥洛想給阿基米德出個難題，於是對阿基米德說：“你能把地球動一動嗎？”阿基米德回答說：“能，隻要你給予支點。”找出地球的支點是不可能的。而且在宇宙中，地球的重量無法稱量，也就談不到移動它的動力，但是杠杆原理是適用於移動地球的。阿基米德的回答不僅有科學依據，而且反映出他對自己研究成果充滿信心。
三、數學之神
阿基米德不僅是個力學家，也是一個偉大的數學家，他在數學方麵對人類的貢獻也是巨大的。
是他首先發現了圓周與直徑的比例π為3.1419。在當時，人們並不知道圓周率的計算方法，計算周長時，一般沿用古人“直徑為一，圓周為三”這個簡單的經驗進行類推，但計算圓的麵積時，則使用古老的、不準確也不科學的比較法。其一是“畫出圓形，在圓內緊密地擺放一粒一粒的麥子，然後與正方形中能擺放的麥粒數做出比較，用正方形的麵積去確定圓的麵積；另一種是取一塊質地均勻的薄木板，在其上畫圓並把它裁割下來，稱它的重量，再與同重量的正方形做比較，以確定圓的麵積。這兩種方法雖然在實用上有其價值，但在理論上不夠嚴密和準確，而且計算方法古老而笨拙。阿基米德通過長時期的思考和研究後，認為圓的直徑與周長間有一固定比例，有了這個比例，就可以通過計算求得圓的麵積了。這個比例是多少呢？阿基米德按照自己的思路，將圓周分割成多邊形，他應用等邊的6邊形內接到圓中，得到當時一直流行的算法“直徑一圓周三”。為解決內接6邊形的邊與圓弧間的誤差，繼續內接12邊形、24邊形、48邊形、96邊形、……，內接多邊形的邊越多，越無限止地劃出無限多的多邊形，直到完全把內接多邊形與外接圓重疊為止。這樣量出各多邊形的邊長，相加之和就是圓周的長。隻可惜就連阿基米德這麼靈巧的手也隻劃出了內接96邊形，這樣他求出