自然科学名家名作中的为什么
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阿基米德的墓志铭为什么是几何图形?

《关于球体和圆柱体》是出生于公元前287年的古希腊伟大的物理学家和数学家阿基米德所写的一本科学著作。在这部著作中,他介绍了他发现的一项重要成果:球的体积与其外切圆柱体的体积之比是2∶3。这一发现是通过立体测量得来的,意义十分重大。今天,我们所有的立体测量,都是从阿基米德开始的。

人死了,立个墓碑,刻上死者的生平简介,这就是墓志铭。

被恩格斯称为对科学作了“精确而又系统研究”的重要代表人物阿基米德,他的墓志铭却是个几何图形:一个圆柱体和它的内切球。这个特殊的墓志铭与他的一本著作《关于球体和圆柱体》有非常紧密的关系。

阿基米德(公元前286~前212)生于美丽的港口城市叙拉古,他从小就对一切新鲜事物感兴趣,喜欢听故事和观察事物,具有丰富的想像力。在他11岁的时候,他便来到了埃及的亚历山大城学习和工作。在这里,他完成了许多项发明和科学著作,其中最有名的就是《关于球体和圆柱体》这本著作。

《关于球体和圆柱体》这本著作的产生有一个非常有趣的故事。

有一次,阿基米德的邻居的儿子詹利到阿基米德家的小院子玩耍。小詹利看到院子里有许多几何体,就搬起这些几何体搭教堂的模型。他先搬来一个圆柱立好,然后找到一个圆球,想按照教堂门前柱子的模型,准备在柱子上加上一个圆球。可是,由于圆球的直径和圆柱体的内径正好相等,所以圆球“扑通”一下掉入圆柱体内,倒不出来了。

于是,詹利叫来了阿基米德,当阿基米德看到这一情况后,立即思索起来:圆柱体的高度和直径相等,恰好嵌入的球体不就是圆柱体的内切球体吗?

但是怎样才能确定圆球和圆柱体之间的关系呢?这时,小詹利端来了一盆水,要把圆球冲洗干净。

阿基米德此时眼睛一亮,连忙接过水盆进行起测试来。他把水倒入圆柱体,又把内切球放进去;再把球取出来,量量剩余的水有多少;然后再把圆柱体的水加满,再量量圆柱体能装多少水。

这样反复倒来倒去的测试,他发现了一个惊人的奇迹:内切球的体积恰好等于外切圆柱体的容量的2/3。

阿基米德欣喜若狂,记住了这一不平凡的发现,并由此创作了《关于球体和圆柱体》这本科学著作。

在《关于球体和圆柱体》一书中,先讲述定义和假定。第一个假定,或者说公理,就是连接两点的线中以线段为最短。

在论及球的表面积、球的体积时,他得到了完全正确的结论:球面积等于其大圆面积的4倍。球的体积与其外切圆柱体的体积之比是2︰3。

事实上,他是把上面那个圆形绕虚线旋转,生成了一个内切于半球的圆锥,而半球又内切于一圆柱。这3个圆形体(旋转体)的体积之比为1︰2︰3。

这一精彩的定理是阿基米德特别喜爱的一个成果,他认为这项成果非常重要,所以早就立下遗嘱,要把一个带有外切圆柱体的球以及它们的比例(2︰3)雕刻在墓碑上。