Video在线视频

欢迎回到我们《力学与现代生活-

开启科学人生》的课堂！

在这节课里我们给大家讲解

第二章第三大知识点：

“必须点赞的四位科学巨人”。

他们分别被公认为：

‘唯一与现代科学相通的天才’、

‘现代科学之父’、

‘人类最伟大的科学伟人’

和‘人类宇宙头等光辉的巨星’。

希望我们从他们取得的光辉成就

和人生经历中，

大家感受到：投身科学研究工作的

人生意义、

精神力量的源泉，

以及他们都有个什么缺憾？！

从中我们还能够得到哪些

对我们未来的学习、工作和生活

有益的启迪。

下面让我们来看看

这四位巨人都是谁？

好，我们先看看第一位科学巨人-

阿基米德：

他是‘唯一与现在科学相通的天才’！

我们看看 他有很多头衔和名称：

我们看 他是伟大的古希腊哲学家、

百科式的科学家、

数学家、物理学家、力学家、

静力学和流体静力学的奠基人，

享有“力学之父”的美称！

可以说他与高斯、牛顿

可以并列为世界三大数学家；

出生在古希腊的西西里岛的

叙拉古城。

他有一句名言 不知道大家知不知道

就是说：“如果给我一个支点，

我就能够撬起地球！”

也许大家都听说过。

那么 如果我们从

人类发展历史的长河里面

找出三位最杰出的科学家名字的话，

无论从哪个角度，

他都应该占一席之地，

至少三分之一啊，

可以说没有人能够替代他！

他的成就一直影响到现在...

现在 距今已经2300多年了,

所以我们说 他是‘唯一

与现代科学相通的天才的古人’。

我看看 他的成功的成就啊

有三个因素

第一个：我们知道

从文明古国埃及 到巴比伦，

他获取 一些知识文化，

因为 古希腊 跟埃及和巴比伦 是挨着的，

应该是获取这些知识和文化

比较方便，

这是他的一个地理优势；

第二个：古希腊呢 是一系列的小岛构成的

每一个岛 都有个岛主，

各个岛国之间 如果有些什么矛盾的话，

当时靠武力来征服 是不现实的，

所以呢 这个如果 这些各个岛之间

有什么矛盾的话，

那么不同的岛主 大家聚在一起开个会、

辩论辩论谁的观点赞同者比较多的话，

大家都认同就可以了，

所以呢 我们说 他在古希腊时代

形成了一种贵族民主政治，

这种政治环境呢 为古希腊的文化发达呢

提供了宽松的环境，

包括他们的科学研究；

第三个因素呢，就是：他继承了

其他科学家的一些成果，

并且发扬光大，

比如说 芝诺

公元前500年 到425年的

哲学家、科学家，

他有所谓的“芝诺悖(bei)论”，

还有“辩证法”。

第二位呢 就是 欧几里得,

我们知道《欧几里得几何学》

(他)是数学家、

也是“几何之父”。

在古希腊呢 数学 达到了巅峰状态

那么有一本书 叫《几何原本》，

其中概括了 五大公式，

还有些算法

及完全数的概念。

第三位呢 继承了毕达哥拉斯的成果，

毕达哥拉斯也是数学家、哲学家。

我们大家知道“勾股定理”

是他发明的。

这三个因素呢 使得他 取得了辉煌的成就

我们看看 他的重要成就，

那我们只能了解一部分

他的传奇贡献，

肯定是不完整的！

为什么不完整呢？我们看看

当时啊 罗马人

大家知道 罗马最后攻占了他的家乡-

叙拉古城

之后呢，实行专制统治，

烧毁了所有的文献，

包括阿基米德的一些著作。

后来 比较幸运的是

阿拉伯人呢 把 古希腊的许多科学文献

都 翻译成了阿拉伯文，

再到后来呢 文艺复兴时期呢

整个 全欧洲大陆

都 找不到阿基米德的著作了！

再经过1500年之后，

到了十三世纪啊

才从阿拉伯语的阿基米德著作

把它再译回 希腊文、拉丁语 还有英文，

再经过若干世纪的搜寻整理

之后呢 到1792年，

牛津版的《阿基米德文集》出版了。

至今呢 我们看到

有一本叫《阿基米德羊皮书》

它这个图片 是它的封面，

这里面呢 收集算是相对最全面的。

我们看看 他的科学贡献：

第一，在数学方面，

他撰写了一些著作，

包括：《论螺线》，

还有《数沙者》、

《方法论》、

《圆的度量》、

《圆锥体和椭球体》、

《抛物线求积法》，

还有《论球和圆柱》。

那么我们看 第一个重要贡献就是

发明了 求曲线围成的面积、

曲面体积的“逼近”方法，

也就是后来我们“微积分”、

“积分法”和“极限概念”的萌芽；

第二个贡献就是：给出了圆周率，

当时他给出了 圆周率这个π

介于两个分数之间

也就是22/7和223/71，

来看这个数字已经很接近于

小数点后面五位数了！

我们国家谁、什么时间

把圆周率确定下来，

大家知道吧？

就是 祖冲之，

我们可能小说 啊 读过 祖冲之--

祖冲之呢 是在公元 429年

到宋元嘉6年 到500年 之间，

晚了700到800年！

祖冲之呢 把这个圆周率呢 算到

小数点后边的七位八位

也就是3.1415926 到927 之间；

第三个数学贡献就是：给出了

“近似平方根的算法”，

提出了“阿基米德螺线”。

这个阿基米德螺线呢

在机械工程里面

常常用到的“阿氏螺杆”，

就是我们数学手册上可以查到，

它的设计的数学原理呢 就是这个公式：

r等于 a 乘上θ。

我们这边有个图片，

这个螺线的径向的半径a呢

随着螺旋角θ 线性变化；

第四个科学贡献：

给出了 整数平方和的公式，

也就是：前n个整数的平方和 等于1/6

这三项的乘积，

那么 我们现在

如果用现在的数学方法

来给出这个平方和公式

还是比较容易的，

但是 在当时来说

数学比较欠缺的话，

给出这个公式 可以说难以想象、

非常困难！

第五个：他给出了大数的计算方法

在他那个时代啊

人们计数啊 从1计 计到100 、计到1000、

最多 就计到10000，

在后面 超过1万 不知道怎么样再计了！

那么现在大家想像可能

10000、10001、10002...也都很容易，

其实呢 那时候数学还不发达，

所以呢 他能够把它计到1万以上

也是一种贡献！

第六个数学贡献呢 就是：给出了

所谓的“阿基米德引理”。

这个引理呢 在高等数学的“极限理论”

常常应用到这个引理，

也是提供了一个基础。

我们叫“极限引理”，

如果说没这个极限引理呢

可以说 高等数学也算是空中楼阁。

那么这个极限引理就是说

“对任意小的一个ε，

是个正数大于0的，

它总存在另外一个整数N，

使得这个1/N啊 介于0 和这个ε之间 是成立的”。

那么在数学贡献上，还有一个“十四巧板”

它的数学组合。

（那么我们看 这个图

是阿基米德螺线的一个动态图）

那么 十四巧板呢

我们在中国有“七巧板”

大家知道是从小玩过这样的组合游戏，

它实际上在数学上属于一种

组合数学的这种模型。

到底有多少种拼装方法呢？

拼装成一个矩形，

阿基米德给出了 可能的拼法

有17152种！

这个也证明了当时古希腊呢

掌握了 这个组合数学的最早证据。

再看看 他的物理学贡献：

他最有名的三本著作呢

一个是《论浮体》、

第二个是《论杠杆》、

第三个是

《平面图形的平衡以及它的重心的确定方法》。

那么 可以说《论浮体》这本书呢

是开创了“流体静力学”，

提出了 大家都知道的“浮力原理”。

那么这里面 大家可能听说过 一种(故事)

它说呢 当时的国王 希耶隆2世 很有钱啦！

说是要造一个金冠。

当时把一定重量的 纯金 给了金匠，

但是 做完以后呢

他怀疑这个金匠 是不是掺了银了，

掺了其他的 (辨别)。

但是 当时没有办法找出

有人说 干脆把它打碎，

或者 怎么再称一称，

其实不可能的！

所以呢 当时这个知道 阿基米德比较有名的科学家

就找他啦。

那么找他呢 前题是：不能把这个金冠损坏了！

看看它 是纯金 还是掺了银的。

那么 在当时没有比重的概念。

阿基米德开始想了很多时间 也没有办法、

没有结果。

那么没有结果 就冲个凉、洗个澡吧。

那么在洗澡的时候，

跳到澡盆里以后，

发现这个 水呢 就随之溢出来了，

那么他的身体 轻轻地浮起来。

他就有一种联想...

之后 他就跳出澡盆

(这里面有个图片--

说阿基米德发现浮力)

想出了一种办法--

就是说：尽管没有密度的概念,

但是 我们如果重量相同，

再找同样的金块 放到一盆水里面，

那么 如果水溢出的重量

我们把它确定下来，

如果把金冠再放进去

溢出同样的重量，

那说明 金冠是纯金的 没掺假，

否则 就会是掺假的。

所以呢 就有了一种“浮力定律”的问题。

第二个 物理学的贡献：

就是完善了“杠杆原理”--

他是通过严密的公理的陈述

和定理证明，

形成了杠杆的基本力学理论。

所以才有了 后面我们说的 他的名言-

撬地球的名言。

我们看这个图片

这个杠杆原理 大家现在玩跷跷板，

实际上 就是利用了杠杆原理，

我们小的质量 甚至能通过不同的力臂，

能够撬动大的质量。

第三个方面 就是我们说的：

发明一系列的计算图形

和物体重心的方法。

我们至今在‘静力学’和‘动力学’里面

经常要确定物体的质心、重心，

利用他的数学方法 来确定。

第四个 物理方面的贡献：

他给出了正抛物体的这个旋转体

浮在液体表面上力学平衡条件，

这在航海工程里面 占了一席之地。

他甚至自己亲自督造了

当时世界上最大的一条船--

长100米，

在当时算是世界上最大的了！

可以载1000多人，

上面还配的有图书馆、剧院、马厩 等等...

这些设施。

可以说这个 上面这些力学贡献呢

造就了 他的“力学之父”这个美誉，

也开启了‘静力学’的发端；

在这个机械方面，

他有发明了滑轮组。

当时他说：我能够自己 一人

把这个大船托到海滩上！

别人都不相信啦，

后来，他还专门演示给别人看

别人一看 非常地惊讶！

那么 他曾经用这个 滑轮组 这个技术

保卫他的故乡-叙拉古城，

在保卫战里面 他有用了这一组滑轮、

配上支架，

把罗马入侵的战船 把它抓起来、

抛到海里面，

使得罗马人 没法靠近这个的城墙；

在机械方面的发明--

这是我们刚刚说的

发明：阿基米德螺线 它的应用

应用到哪里呢？

应用到提水机。

以前都是用人那个脚踏的那种

一块一块的水 用木板

把它从低处 拖到高处 来浇灌田地。

现在 他这个螺线式的提水机呢

通过这个旋转 我们图上的 这个纵轴

把这个螺旋 水从这个螺线这种的

像涡轮一样的

连续的从低处 传送到高处，

所以他这个汲水效率 大大提升！

在机械方面 还有一个

他发明了 抛石机--

抛石头的。

我们看看这个图片

这有一个支架，

然后 这儿有一个配重，

这儿有一个 也是用到杠杆原理啦

抛杆 这儿有一个活钩，

这上面系的有些石头 抛石

我们配重 把它压下来

突然放松，

就能够把这个石头 抛到罗马的战船上，

也是用来保卫这个叙古拉城的。

还有 第八个方面

他在‘光学’方面，

也发现了“抛物面聚焦原理”

据说 动员叙拉古城的人来

用大的镜子来反射、聚焦阳光。

我们看这个图片

来烧死 罗马战船的敌人。

我们看这个反射镜

太阳光线聚焦到罗马战船上，

这个图片上镜头比较大的镜面。

他好多发明呢

像：第六项、第七项、第八项

都是为了保卫他的国家，

被逼无奈 发明的一些机械技术，

还有光学技术。

另外 他在天文学 也有他的贡献：

他曾经制作过 用水力来驱动的行星仪

来模拟太阳系的运动，

包括地球和月亮。

做了两个这样的行星仪：

一个是太阳固定--

绕太阳转，

第二个是地球固定--

其他呢 绕着地球转。

通过这个行星仪的模拟

说明了 日月食的原理与现象，

他呢 比较倾向于

地球是绕太阳转的 这么一个观点。

我们不管怎么说呢

从此 人们知道 日食和月食的起因。

阿基米德贡献

大家可以感觉到

的确是和我们现在的科学是相通的，

在现在还在用！

阿基米德呢 最后怎么死的呢?

经过3年的苦攻,

这个叙拉古城（终于被罗马）攻下来了.

当时阿基米德是 因为是掌握一些技术,

所以让他来负责 城防工作，

他以很高明的技术

多次把罗马兵 拒之门外，

最终 公元前212年

还是被攻下了。

那么 攻下来的时候 当时有个罗马士兵呢

就闯入了阿基米德的住处，

当时 他还在埋头 做这个几何图形。

这个士兵呢 就 不小心

把他画的图啊 踩到了脚下，

那么 阿基米德很生气啦

怒斥他！

最后被士兵一刀捅死，

士兵啥也不懂！

当然他这个统帅呢 尊重阿基米德这位伟人,

因为他比较有名

最后下令：还是把他好好地埋葬，

专门立了个碑。

这个墓碑上 刻了四个字：

“圆柱容球”

什么意思呢？

就是 可能 他在当时正在研究

这个圆柱体的容积 跟球体之间的关系

所以 就把它刻了四个字。

这是阿基米德的情况，

我们介绍到这里。