Гиперболоид Архимеда

Все знают историю о том, как Архимед открыл закон имени самого себя, выскочив из ванны без хитона с криком: «Эврика!» Действительно ли мудрец бежал по улице без верхней одежды, сегодня сказать сложно. Но сами открытия, зафиксированные документально, никто не оспаривает.
А вот с легендой о сожжении римского флота дело обстоит несколько иначе.
Доподлинно выяснить, действительно ли Архимед сжег римский флот или это всего лишь выдумка историков, теперь уже невозможно.

О чем молчат свидетели

До нас дошло несколько описаний штурма Сиракуз, во время которого Архимед, по легенде, сжег корабли римлян. В 212 году до нашей эры, в ходе Второй Пунической войны, римляне осадили греческий город Сиракузы. Вражеские корабли находились от берега на расстоянии 300 локтей (примерно 150 метров), а потому сконструированные Архимедом катапульты, стрелявшие каменными ядрами и зажигательными снарядами, не могли причинить им вреда.
Тогда Архимед приказал солдатам отполировать до блеска щиты и взять зеркала, а затем сфокусировать солнечные лучи на римских кораблях. Воины сделали так, как велел ученый, и деревянные триремы – так назывались военные корабли римлян – тут же вспыхнули ярким пламенем.
По другой версии, Архимеду помогли женщины Сиракуз. Они по его призыву поднялись на крепостную стену с отполированной до блеска медной посудой, направив солнечные лучи на римские корабли.
Согласно третьей теории ученый построил большую машину, включавшую в себя целую систему зеркал. В центре находилось большое шестиугольное зеркало, видимо, состоящее из множества секций. Рядом с ним крепились четырехугольные. Система регулировалась с помощью цепных механизмов. Поворотом рычагов аппарат фокусировал солнечное излучение на разные расстояния. С помощью этого механизма было подожжено несколько кораблей. Затем огонь стал перекидываться на другие суда. Римлянам пришлось отступить.
К сожалению, в исторических хрониках того времени нет ни слова о применении огня в этой битве. И только спустя 400 лет после сражения писатели и ученые тех времен в своих сочинениях то и дело вскользь о ней упоминают как об известном всем факте. Тогда же появляются первые попытки проверить, как именно все происходило.

Смерть Архимеда

Живший в VI веке н. э. математик, архитектор и скульптор Анфимий (который построил в Константинополе знаменитый храм Софии) создал систему из двадцати четырех зеркал. Ученый пользовался неизвестными источниками, которые содержали описания зеркала Архимеда. Подтверждение боевых качеств такого зеркала состоялось сразу же: с его помощью Анфимий спалил дом давно докучавшего ему соседа.
Попытки подобных реконструкций предпринимались и после Анфимия, но решение принципиально не отличалось – да, в общем, и не могло отличаться, поскольку принцип Анфимий нашел верный.Удар по репутации

Знаменитый философ и математик Рене Декарт в своей работе «Диоптрика» доказал, что свести солнечные лучи в точку невозможно. «Только люди, не слишком сведущие в оптике, убеждены в реальности многих небылиц; эти зеркала, с помощью которых Архимед якобы сжег издали корабли, либо были чрезвычайно велики, либо, что вероятнее, вовсе не существовали», – писал знаменитый французский ученый.
После расчетов и выводов Декарта историю о зеркалах и флоте стали считать мифом, а репутации, если не Архимеда, то лучей-поджигателей, был нанесен серьезный удар. Однако спустя сто с небольшим лет, в 1747 году, соотечественник Декарта Жорж-Луи Леклерк де Бюффон сделал смелое предположение, что количество тепла не пропорционально количеству рассеянного света. Из этого следовало, что даже если зеркало не будет слишком большим, то тепла может быть достаточно, чтобы поджечь дерево.
В 1747 году он построил систему, состоящую из 128 плоских зеркал. Жорж не только воспламенил таким образом просмоленную доску на расстоянии пятидесяти метров, но и смог расплавить серебро и свинец.
Опыты Бюффона реабилитировали Архимеда – стало несомненным, что такую систему можно было создать и во II веке н.э. Но работа француза со временем была забыта, и вопрос по-прежнему оставался открытым.

Современные пироманы

Ученые Массачусетского технологического института проводят эксперимент, подтверждающий открытие Архимеда

Создать гиперболоид Архимеда пытались и современные ученые. Так, в 1973 году Иоанис Сакас, греческий инженер-механик, набрал 70 помощников, расставил их на берегу бухты с зеркалами 91х50 см. По команде инженера помощники поднимали зеркала, фокусируя солнечные зайчики на лодке со смолой. Наконец, когда солнечные лучи совместились в одной точке, лодка задымилась и через несколько минут вспыхнула!
А в 2005 году аналогичный опыт провели профессора и студенты Массачусетского технологического института.
Руководители эксперимента, изучив древние источники, решили действовать по самому простому из вариантов.
Они закупили 129 квадратных зеркальных плиток со стороной, равной примерно 30 см, и, не полагаясь на старательность студентов, установили их на сборной полукруглой конструкции на расстоянии примерно 50 метров от трехметрового макета корабля. Одно из зеркал было оклеено клейкой лентой таким образом, чтобы отраженный свет ложился в виде наклоненного креста.
По замыслу он служил прицелом. Выставив крест на корпус галеры, зеркала постепенно стали сводить воедино.
Справиться с нацеливанием 129 зеркал необходимо было в течение десяти минут, иначе солнце ушло бы в сторону.
Установку отлаживали всего несколько человек. Кроме того, небо закрывали легкие облака, что несколько снижало мощность светового потока. Наконец, когда солнце вышло полностью, координаторы сдернули с зеркал занавески.
На носу корабля появились яркое световое пятно. Через несколько минут показался легкий дымок, следы обугливания, а потом вспышка и открытое пламя. Макет корабля заполыхал словно щепка. По результатам замеров в отраженном солнечном пятне температура достигла 593° по Цельсию.
Позже эксперимент повторили уже на воде – и снова судно вспыхнуло.
Выходит, что Архимед действительно мог использовать систему зеркал для поджога римских кораблей.В лазерном прицеле

Лазерная пушка Архимеда

По мнению итальянских исследователей, система зеркал все-таки существовала. Но ее действие на самом деле оказалось не совсем таким, как это принято считать. Их свет ослепил надвигающегося противника, а потом корабли действительно вспыхивали, как свечи. Но не «лазер» был тому причиной, а все тот же греческий огонь – зажигательная смесь из смолы, серы и селитры, еще не известная тогда римлянам. «Зажигалки» метали из катапульт на городской стене поразительно точно и эффективно.
По версии итальянцев, гигантские бронзовые диски, ослеплявшие врагов отраженным солнечным светом, служили… оптическим прицелом. Точнее, его можно было бы назвать «лазерным прицелом». Как в триллерах о наемных убийцах.
Киллер, сидя за несколько сот метров от своей жертвы, наводит на нее красную лазерную точку и… спускает курок.
Чтобы разработать такую систему в древности, Архимеду необходимо было знать две вещи: дальность полета стрелы из катапульты и оптимальное расстояние, при котором человеческий глаз способен различать световой диск, отбрасываемый зеркалом на парус. Первое было отлично известно любому воину, второе несложно было определить экспериментально прямо на улицах города. Далее Архимед сконструировал метательный аппарат, в котором стрелок спускал тетиву в тот момент, когда происходило совмещение оси стрелы с солнечным зайчиком. Все оружие было рассчитано с учетом кривизны полета стрелы на расстояние в 300 локтей. Когда флот Марцелла приблизился на эту дистанцию, с зеркал слетели чехлы, метатели навели орудия по «целеуказаниям», вспыхнули наконечники стрел и зазвенели натянутые тетивы…
И здесь хочется привести слова Плутарха: «Архимед был настолько горд наукой, что именно о тех своих открытиях, благодаря которым он приобрел славу… он не оставил ни одного сочинения». Это не совсем точно, но многих работ Архимеда мы действительно не знаем, а потому нет никакой гарантии, что в будущем не откроется еще какая-нибудь тайна великого ученого.