 |
«Вороны» и «клювы». Закон равновесия плавающих тел
|
|
|
|
«Вороны» и «клювы»
«Вороны» – это машины, устроенные наподобие современных колодезных журавлей. На одном конце «ворона» помещался груз – противовес, а с другого свешивался канат на блоке. К канату привязывали цепь с клещами или крюком. Цепь была нужна для того, чтобы осаждающие не могли отрубить клещи или крюк.
«Ворон» наклонялся через крепостную стену, как журавль в колодец. Защитники крепости направляли клещи так, чтобы захватить ими таран, которым противник пытается пробить стену. Если это удавалось, то воины, стоявшие у «ворона», изо всех сил тянули его вниз и поднимали захваченный таран наверх.
Клещи, которые применял Архимед, употребляются и поныне. Они очень ловко захватывают тюки и крепко их держат. Поэтому такие клещи часто используют при погрузке и разгрузке судов.
Возможно, что иногда защитникам Сиракуз удавалось захватить какого‑ либо зазевавшегося неприятельского солдата. Но зацепить «вороном» нос корабля и подтянуть его так, чтобы корабль приподнялся над водой и встал дыбом, нельзя. Может быть, это случилось с какой‑ нибудь лодкой и дало возможность Плутарху написать, что машины Архимеда будто бы вытаскивали из воды целые корабли. Поднять корабль «вороном», конечно, невозможно. Для этого нужно иметь сооружение более прочное, чем простое бревно с крюком. Рассказ Плутарха о галерах, поставленных Архимедом на корму, по всей вероятности, вымышлен.
Машина с «клювом», которой были разбиты самбуки римлян, представляла собой нечто похожее на грузовые стрелы, какими оснащают современные торговые корабли.
Грузовая стрела состоит из мачты или колонны и наклонно стоящей укосины. Укосину делают из цельного ствола дерева. Ее нижний конец оковывают железом и прикрепляют к основанию мачты шарниром, чтобы укосина могла свободно поворачиваться.
|
|
|
Верхний конец укосины прикреплен к мачте с помощью канатов и блоков. Канаты можно отпускать и подтягивать; наклон укосины от этого меняется.
С верхнего конца укосины свешивается на канате блок с крюком или клещами, которыми захватывают груз. Во время погрузки укосина, управляемая машинистом, поворачивается; к крюку привязывают мешки или ящики. Затем машинист лебедкой подтягивает канат и приподнимает груз. Потом он поворачивает стрелу и переносит груз туда, куда нужно. Грузоподъемность такой стрелы достигает примерно 5 тонн.
Очевидно, в тех местах, где самбуки римлян могли подойти вплотную к стенам города, Архимед заранее установил грузовые стрелы. Возвышавшиеся над стенами мачты или столбы не вызывали подозрения римлян. Они не догадывались, для чего над стенами то там, то здесь торчат какие‑ то бревна. А укосины, называемые римскими историками «клювы», были приспущены и повернуты внутрь стены – они оставались невидимыми для наступающих. К укосинам заблаговременно были подвязаны тяжелые камни.
Когда корабли с самбукой вплотную приближались к стенам, защитники Сиракуз поворачивали «клюв»‑ укосину так, чтобы камень навис над самбукой. После этого оставалось только дернуть за веревку, чтобы узел развязался, а камень, освобожденный от пут, грохнулся на самбуку и разбил ее вдребезги.
Если римляне пытались приставить к стенам лестницы и таким образом взобраться на стены, защитники Сиракуз подвязывали к крюку «ворона» тяжелое бревно и опускали его вниз, а укосину в это время водили взад и вперед. Бревно раскачивалось, ломало штурмовые лестницы, разбивало плетенки‑ укрытия и увечило воинов, пытавшихся приблизиться к стенам.
Такова была техника, примененная Архимедом. Его машины состояли из самых простых приспособлений: рычагов, блоков, веревок, ворота и упругих жгутов, однако в умелых руках они оказались грозным оружием.
|
|
|
Закон равновесия плавающих тел
Изобретая машины, Архимед изучил свойства рычага, блока, ворота и открыл существование центра тяжести.
Подобно этому, решая один практический вопрос, заданный ему царем Гиероном, он установил закон равновесия плавающих тел.
Однажды царь Гиерон заказал мастеру изготовить золотой венец и выдал ему нужное количество золота. Искусно сделанный венец весил ровно столько же, как и полученное мастером золото.
Однако возникло подозрение, что мастер утаил часть золота, добавив при отливке венца взамен золота столько же по весу серебра.
Гиерон призвал Архимеда и поручил ему определить, подмешано ли в сплав серебро или венец отлит из чистого золота.
Долго размышлял над этой задачей Архимед, не находя ее решения. Но вот, принимая ванну, он вдруг обратил внимание, что при погружении в нее вытесненная его телом часть воды перелилась через край.
«Эврика, эврика! (Нашел, нашел! – М. И. )» – вскричал Архимед и, как говорят, забыв одеться, побежал домой. Он догадался, как решить задачу, заданную ему Гиероном.
Количество вытесненной воды зависит от объема погружаемого в нее тела, а не от его веса. Венец, если он из чистого золота, вытеснит столько же воды, сколько и выданный мастеру металл. Предположим, что при отливке венца было примешано серебро. Серебро легче такого же объема золота. Поэтому объем венца из сплава этих металлов должен быть больше объема равного по весу венцу куска золота.
Оставалось сравнить, сколько вытесняет воды венец и равный ему по весу кусок чистого золота. Оказалось, что венец вытесняет больше воды. Значит, в нем есть примесь серебра.
Так был уличен в краже мастер.
Но Архимед не удовольствовался этим. Он занялся исследованием вопроса о плавании тел.
Почему маленький камень идет ко дну, а громадное бревно плавает? Какая сила поддерживает плавающее тело?
Архимед первый дал точный ответ на эти вопросы. В своих исследованиях он исходил из всем известных свойств жидкости: частицы жидкости почти не связаны друг с другом; они поддерживаются в равновесии давлением соседних частиц.
|
|
|
«Менее сдавленная частица, – писал Архимед, – вытесняется более сдавленной… отдельные частицы этой жидкости испытывают давление отвесно расположенной над ними жидкости, поскольку эта жидкость не замкнута или не испытывает давления со стороны какого‑ либо предмета».
На основе этих известных из наблюдения свойств жидкости Архимед вывел закон равновесия плавающих тел. Он доказал, что если твердое тело (в равном объеме) легче жидкости, то оно не погружается в нее полностью. Часть тела выступает над ее поверхностью.
Плавающее тело поддерживается выталкивающей силой, равной весу вытесненной телом жидкости. Как доказал Архимед, эта сила приложена к центру тяжести погруженной в жидкость части тела.
Архимед указал, как можно определить относительную плотность тела. Достаточно взвесить это тело сперва в воздухе, а затем в воде, для чего его подвешивают снизу к чашке весов и опускают в сосуд с водой.
При взвешивании в воде тело испытывает давление снизу, равное весу вытесненной воды. По разности показаний весов определяется вес вытесненной телом воды. Отношение веса тела к весу вытесненной воды и есть его плотность.
|
|
|
