Archimede: biografia, contributi e invenzioni
Archimede di Siracusa (287 aC - 212 aC) fu un matematico, fisico, inventore, ingegnere e astronomo greco dell'antica città di Siracusa, nell'isola di Sicilia. I suoi contributi più importanti sono il principio di Archimede, lo sviluppo del metodo di espirazione, il metodo meccanico o la creazione del primo planetario.
Al momento è considerata come una delle tre figure più importanti della matematica dell'Antichità accanto a Euclides e Apolonio, dal momento che i suoi contributi hanno significato importanti progressi scientifici per il tempo nelle aree del calcolo, della fisica, della geometria e dell'astronomia. A sua volta, questo lo rende uno degli scienziati più importanti nella storia dell'umanità.
Sebbene siano noti pochi dettagli della sua vita personale - e quelli noti sono di dubbia affidabilità -, i suoi contributi sono noti grazie a una serie di lettere scritte sulle sue opere e sui risultati che sono riusciti a preservare fino ad oggi, appartenenti a alla corrispondenza che ha mantenuto per anni con amici e altri matematici del tempo.
Archimede era famoso ai suoi tempi grazie alle sue invenzioni, che attiravano l'attenzione dei suoi contemporanei, in parte perché erano usati come strumenti di guerra per evitare, con successo, numerose invasioni romane.
Tuttavia, si dice che affermò che l'unica cosa veramente importante era la matematica, e che le sue invenzioni erano semplicemente un prodotto del passatempo della geometria applicata. Nei posteri, le sue opere in pura matematica sono state molto più apprezzate delle sue invenzioni.
biografia
Archimede di Siracusa nacque all'incirca nell'anno 287 a. Non si conoscono molte informazioni sui suoi primi anni, sebbene si possa dire che sia nato a Siracusa, una città considerata il principale porto marittimo dell'isola di Sicilia, oggi in Italia.
A quel tempo Siracusa era una delle città che formavano la cosiddetta Magna Grecia, che era lo spazio abitato da coloni di origine greca nell'area meridionale della penisola italiana e in Sicilia.
Non ci sono fatti noti sulla madre di Archimede. In relazione al padre, è noto che questo si chiamava Fidia e che era dedicato all'astronomia. Questa informazione di suo padre è conosciuta grazie a un frammento del libro The Sand Counter, scritto da Archimede, in cui menziona il nome di suo padre.
Heraklides, che era un filosofo e astronomo greco, era molto affezionato ad Archimede e persino ha scritto una biografia su di lui. Tuttavia, questo documento non è stato conservato, quindi tutte le informazioni ivi contenute sono sconosciute.
D'altra parte, lo storico, filosofo e biografo Plutarco indicava nel suo libro intitolato Parallel Lives che Archimede aveva una relazione di sangue con Hiero II, un tiranno che era stato a capo a Siracusa dal 265 aC.
formazione
Come risultato delle poche informazioni che abbiamo su Archimede, non sappiamo con certezza dove ha avuto il suo primo addestramento.
Tuttavia, vari storiografi hanno stabilito che esiste un'alta possibilità che Archimede abbia studiato ad Alessandria, che era il più importante centro culturale ed educativo greco della regione.
Questa ipotesi è supportata dalle informazioni fornite dallo storico greco Diodoro Sículo, che ha indicato che Archimede probabilmente ha studiato ad Alessandria.
Inoltre, in molte delle sue opere, lo stesso Archimede menziona altri scienziati dell'epoca il cui lavoro si concentrava ad Alessandria, quindi si può presumere che egli abbia effettivamente lavorato in quella città.
Alcuni dei personaggi con cui si ritiene che Archimede abbia interagito in Alessandria sono il geografo, matematico e astronomo Eratostene di Cirene, e il matematico e astronomo Conon de Sanos.
Motivazione familiare
D'altra parte, il fatto che il padre di Archimede fosse un astronomo può avere avuto un'influenza significativa sulle inclinazioni che ha successivamente mostrato, perché più tardi e da giovane ha mostrato una particolare attrazione per il campo scienze.
Dopo la sua permanenza ad Alessandria, si stima che Archimede sia tornato a Siracusa.
Lavoro scientifico
Dopo essere tornato a Siracusa, Archimede iniziò a inventare diversi reperti che presto gli guadagnarono una certa popolarità tra gli abitanti di questa città. In questo periodo si dedicò completamente al lavoro scientifico, produsse diverse invenzioni e dedusse diverse nozioni matematiche molto avanzate ai suoi tempi.
Ad esempio, quando si dedicò allo studio delle caratteristiche di figure solide, curve e piatte, arrivò a concetti relativi al calcolo integrale e differenziale, che fu sviluppato in seguito.
Allo stesso modo, Archimede è stato colui che ha definito che il volume associato a una sfera corrisponde al doppio delle dimensioni del cilindro che lo contiene, ed è stato colui che ha inventato la puleggia composita, basata sulle sue scoperte sulla legge della leva.
Conflitto a Siracusa
Durante l'anno 213 aC, i soldati romani entrarono nella città di Siracusa e circondarono i suoi coloni per farli arrendere.
Questa azione fu guidata dal politico militare e greco Marco Claudio Marcelo nel quadro della Seconda Guerra Punica. Più tardi, era conosciuta come la Spada di Roma, poiché finì per conquistare Siracusa.
Nel mezzo del conflitto, durato due anni, gli abitanti di Siracusa combatterono contro i Romani con coraggio e ferocia, e Archimede giocò un ruolo molto importante, dato che si dedicò alla creazione di strumenti e strumenti che aiutarono a sconfiggere i Romani.
Infine, Marco Claudio Marcelo ha preso la città di Siracusa. Prima della grande intellettualità di Archimede, Marcelo ordinò che non venissero feriti o uccisi. Tuttavia, Archimede fu ucciso nelle mani di un soldato romano.
decesso
Archimede morì nell'anno 212 aC. Più di 130 anni dopo la sua morte, nell'anno 137 aC, lo scrittore, politico e filosofo Marco Tulio Cicero occupò una posizione nell'amministrazione di Roma e voleva trovare la tomba di Archimede.
Questo compito non era facile, poiché Cicerone non riusciva a trovare nessuno per indicare il luogo preciso. Tuttavia, alla fine lo ha ottenuto, molto vicino alla porta di Agrigento e in condizioni deplorevoli.
Cicerone pulì la tomba e scoprì che era inscritta con una sfera all'interno di un cilindro, come riferimento alla scoperta sul volume fatto da Archimede molto tempo fa.
Versioni sulla sua morte
Prima versione
Una delle versioni afferma che Archimede era nel mezzo di risolvere un problema matematico quando fu avvicinato da un soldato romano. Si dice che Archimede avrebbe potuto chiedere un po 'di tempo per risolvere il problema, così il soldato l'avrebbe ucciso.
Seconda versione
La seconda versione è simile alla prima. Conto che Archimede stava risolvendo un problema di matematica quando avvenne la presa della città.
Un soldato romano entrò nel suo recinto e gli ordinò di incontrare Marcelo, e Archimede rispose che doveva risolvere il problema a cui stava lavorando prima. Il soldato si è arrabbiato a causa di questa risposta e lo ha ucciso.
Terza versione
Questa ipotesi indica che Archimede aveva nelle sue mani una grande varietà di strumenti matematici. Poi, un soldato lo vide e pensò che avrebbe potuto trasportare oggetti di valore, così lo uccise.
Quarta versione
Questa versione illustra che Archimede era rannicchiato vicino al terreno, contemplando i piani che stava studiando. Apparentemente, un soldato romano arrivò da dietro e, ignaro che fosse Archimede, gli sparò.
Contributi scientifici di Archimede
Il principio di Archimede
Il principio di Archimede è considerato dalla scienza moderna come una delle eredità più importanti dell'era antica.
Nel corso della storia, e oralmente, è stato riferito che Archimede è venuto alla sua scoperta per caso grazie a re Hieron incaricato di vedere se una corona d'oro, spedita per la fabbricazione da lui, è stata fatta solo oro puro e non conteneva altri metalli. Ha dovuto portarlo avanti senza distruggere la corona.
Si dice che mentre Archimede meditava su come risolvere questo problema, decise di fare un bagno, e quando entrò nella vasca si rese conto che l'acqua aumentava di livello quando si immergeva in essa.
In questo modo, avrebbe scoperto il principio scientifico secondo cui "ogni corpo immerso totalmente o parzialmente in un fluido (liquido o gassoso) riceve una spinta verso l'alto, pari al peso del fluido spostato dall'oggetto".
Questo principio significa che i fluidi esercitano una forza ascendente - spingendo verso l'alto - su qualsiasi oggetto immerso in essi, e che la quantità di questa forza di spinta è uguale al peso del liquido spostato dal corpo immerso, indipendentemente dal suo peso.
La spiegazione di questo principio descrive il fenomeno della flottazione e si trova nel suo Treatise on Floating Bodies .
Il principio di Archimede è stato ampiamente applicato nei posteri per il galleggiamento di oggetti di uso massiccio come sottomarini, navi, bagnini e mongolfiere.
Metodo meccanico
Un altro dei più importanti contributi di Archimede alla scienza era l'inclusione di un metodo puramente meccanico - cioè tecnico - nel ragionamento e nell'argomentazione dei problemi geometrici, il che significava un modo senza precedenti per risolvere questo tipo di problemi per il tempo.
Nel contesto di Archimede, la geometria era considerata una scienza esclusivamente teorica, e la cosa comune era che dalla pura matematica si arrivava ad altre scienze pratiche in cui i suoi principi potevano essere applicati.
Per questo motivo, oggi è considerato il precursore della meccanica come disciplina scientifica.
Nella scrittura in cui il matematico espone il nuovo metodo al suo amico Eratostene, indica che questo consente di affrontare problemi di matematica attraverso la meccanica, e che è in qualche modo più facile costruire la dimostrazione di un teorema geometrico se è già ha alcune conoscenze pratiche precedenti, che se non ne hai idea.
Questo nuovo metodo di indagine realizzato da Archimede diventerebbe il precursore della fase informale della scoperta e della formulazione di ipotesi del metodo scientifico moderno.
Spiegazione della legge della leva
Mentre la leva è una macchina semplice che è stata usata molto prima di Archimede, è stato lui a formulare il principio che spiega il suo funzionamento nel suo trattato Sul bilanciamento degli aerei.
Nella formulazione di questa legge, Archimede stabilisce principi che descrivono il diverso comportamento di una leva quando si posizionano due corpi su di essa, a seconda del suo peso e della sua distanza dal punto di appoggio.
In questo modo, sottolinea che due corpi in grado di essere misurati (commensurabili), situati su una leva, sono bilanciati quando sono a distanze inversamente proporzionali al loro peso.
Allo stesso modo, corpi incommensurabili (che non possono essere misurati) lo fanno, ma questa legge era dimostrabile da Archimede solo con corpi del primo tipo.
La sua formulazione del principio della leva è un buon esempio dell'applicazione del metodo meccanico, come spiega in una lettera indirizzata a Dositeo, è stato scoperto inizialmente attraverso metodi di meccanica che ha messo in pratica.
Più tardi li ha formulati usando metodi di geometria (teorici). Da questa sperimentazione sui corpi anche la nozione di centro di gravità è stata distaccata.
Sviluppo del metodo di espirazione o esaurimento per la dimostrazione scientifica
L'esaurimento è un metodo utilizzato nella geometria che consiste in figure geometriche approssimative la cui area è nota, mediante l'iscrizione e la circoscrizione, su un'altra la cui area è destinata a essere conosciuta.
Sebbene Archimede non fosse il creatore di questo metodo, lo sviluppò magistralmente, riuscendo a calcolare attraverso di esso un valore preciso di Pi.
Archimede, usando il metodo di esalazione, esagoni inscritti e circoscritti ad una circonferenza di diametro 1, riducendo all'assurda la differenza tra l'area degli esagoni e quella della circonferenza.
Per fare questo, ha diviso in due gli esagoni creando poligoni di fino a 16 lati, come mostrato nella figura precedente.
In questo modo, è arrivato a specificare che il valore di pi (della relazione tra la lunghezza di un cerchio e il suo diametro) è compreso tra i valori 3.14084507 ... e 3.14285714 ....
Archimede ha usato magistralmente il metodo di espulsione perché non solo è riuscito ad approssimare il calcolo del valore di Pi con un margine di errore piuttosto basso, e quindi desiderato, ma anche, perché Pi è un numero irrazionale, attraverso Questo metodo e i risultati ottenuti gettarono le basi che avrebbero germinato nel sistema di calcolo infinitesimale e, più tardi, nel moderno calcolo integrale.
La misura del cerchio
Per determinare l'area di un cerchio, Archimede usava un metodo consistente nel disegnare un quadrato che si adattasse esattamente all'interno di un cerchio.
Sapendo che l'area del quadrato era la somma dei suoi lati e che l'area del cerchio era maggiore, iniziò a lavorare per ottenere approssimazioni. Ciò ha fatto sostituendo il quadrato con un poligono a 6 lati e quindi lavorando con poligoni più complessi.
Archimede fu il primo matematico nella storia ad avvicinarsi a un serio calcolo del numero Pi.
La geometria delle sfere e dei cilindri
Tra i nove trattati che compongono il lavoro di Archimede in matematica e fisica, ci sono due volumi sulla geometria delle sfere e dei cilindri.
Questo lavoro riguarda la determinazione che la superficie di ogni sfera di raggio è quattro volte quella del suo cerchio più grande, e che il volume di una sfera è due terzi di quello del cilindro in cui è inscritto.
Inventos
Il contachilometri
Conosciuto anche come chilometri, è stata un'invenzione di questo famoso uomo.
Questo dispositivo è stato costruito sulla base del principio di una ruota che attiva ingranaggi che consentono il calcolo della distanza percorsa.
Secondo lo stesso principio, Archimede progettò diversi tipi di odometri per scopi militari e civili.
Il primo planetario
Basandosi sulla testimonianza di molti scrittori classici come Cicerone, Ovidio, Claudiano, Marciano Capela, Casiodoro, Sexto Empirico e Lactantius, molti scienziati oggi attribuiscono ad Archimede la creazione del primo planetario rudimentale.
È un meccanismo costituito da una serie di "sfere" che sono riuscite a imitare il movimento dei pianeti. Finora i dettagli di questo meccanismo sono sconosciuti.
Secondo Cicerone, i planetari costruiti da Archimede erano due. In uno di essi era rappresentata la terra e le varie costellazioni che la circondavano.
Nell'altro, con un'unica rotazione, il sole, la luna e i pianeti hanno fatto i loro movimenti indipendenti in relazione alle stelle fisse nello stesso modo in cui lo hanno fatto in un giorno reale. In quest'ultimo, inoltre, è possibile osservare le fasi successive e le eclissi della luna.
La vite di Archimede
La vite di Archimede è un dispositivo utilizzato per trasportare l'acqua dal basso verso l'alto attraverso un pendio, mediante un tubo o un cilindro.
Secondo lo storico greco Diodoro, grazie a questa invenzione fu facilitata l'irrigazione delle terre fertili situate lungo il fiume Nilo nell'antico Egitto, poiché gli strumenti tradizionali richiedevano un immenso sforzo fisico che esauriva gli operai.
Il cilindro utilizzato ha all'interno una vite della stessa lunghezza, che mantiene interconnesso un sistema di eliche o alette che eseguono un movimento rotatorio guidato manualmente da una leva rotante.
In questo modo, le eliche riescono a spingere qualsiasi sostanza dal basso verso l'alto, formando una sorta di circuito infinito.
L'artiglio di Archimede
L'artiglio di Archimede, o la mano di ferro come è anche noto, era una delle più temibili armi da guerra create da questo matematico, diventando il più importante per la difesa siciliana delle invasioni romane.
Secondo una ricerca condotta dai professori della Drexel University, Chris Rorres (Dipartimento di Matematica) e Harry Harris (Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura), questa era una grande leva che aveva un gancio di presa collegato alla leva per mezzo di una catena che pendeva da esso.
Attraverso la leva il gancio veniva manipolato in modo che cadesse sulla nave nemica, e l'obiettivo era quello di agganciarlo ed elevarlo a tal punto che al suo rilascio poteva essere completamente rovesciato o colpire le rocce sulla riva.
Rorres e Harris hanno presentato al Simposio "Macchine e strutture straordinarie dell'antichità" (2001), una rappresentazione in miniatura di questo manufatto intitolato "Una formidabile macchina da guerra: costruzione e gestione della mano di ferro di Archimede"
Per la realizzazione di questo lavoro si basavano sugli argomenti degli storici antichi Polibio, Plutarco e Livio.
