1. Giới thiệu chung
Archimedes (287 TCN – 212 TCN) là một trong những nhà toán học, nhà vật lý, kỹ sư và nhà phát minh vĩ đại nhất của thời cổ đại. Ông sinh ra ở thành bang Syracuse, thuộc đảo Sicilia, và có những đóng góp to lớn trong lĩnh vực toán học, cơ học, thủy tĩnh học, cũng như thiết kế nhiều loại máy móc tiên tiến. Các phát minh và định lý của ông đã đặt nền tảng cho khoa học và kỹ thuật sau này.
2. Cuộc đời và sự nghiệp
2.1. Thời niên thiếu và học vấn
Archimedes sinh vào khoảng năm 287 TCN tại thành phố cảng Syracuse (nay thuộc Ý). Cha của ông, Phidias, là một nhà thiên văn học, điều này có thể đã ảnh hưởng đến niềm đam mê toán học và khoa học của ông.
Archimedes được cho là đã học tập tại Alexandria, Ai Cập, nơi ông có cơ hội giao lưu với các nhà toán học lỗi lạc như Eratosthenes và Conon của Samos. Sau khi học xong, ông quay trở lại Syracuse để tiếp tục nghiên cứu và phát minh.
2.2. Những đóng góp và phát minh nổi bật
Archimedes không chỉ là một nhà toán học lỗi lạc mà còn là một kỹ sư tài ba, người đã thiết kế nhiều loại máy móc phục vụ đời sống và chiến tranh. Dưới đây là những đóng góp nổi bật của ông:
A. Các phát minh và khám phá khoa học
1. Định luật về lực đẩy (Nguyên lý Archimedes)
Archimedes phát hiện ra rằng một vật thể bị chìm trong chất lỏng sẽ chịu một lực đẩy lên bằng với trọng lượng của chất lỏng bị chiếm chỗ. Đây là nguyên lý cơ bản của lực nổi, được ứng dụng trong thiết kế tàu thuyền, tàu ngầm, và nhiều lĩnh vực khác.
2. Vít Archimedes
Đây là một thiết bị cơ học dùng để bơm nước từ nơi thấp lên cao. Nó bao gồm một trục xoắn bên trong một ống, khi quay sẽ đẩy nước lên. Vít Archimedes vẫn được sử dụng ngày nay trong hệ thống tưới tiêu và công nghiệp.
3. Nguyên lý đòn bẩy và ròng rọc
Archimedes là người đầu tiên nghiên cứu về nguyên lý đòn bẩy và hệ thống ròng rọc. Ông từng nói:
“Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi sẽ nhấc bổng cả Trái Đất!”
Các nguyên tắc này đóng vai trò quan trọng trong ngành cơ khí và xây dựng.
4. Gương cháy Archimedes
Tương truyền, Archimedes đã thiết kế một hệ thống gương phản xạ để tập trung ánh sáng Mặt Trời, đốt cháy tàu chiến của quân La Mã trong cuộc vây hãm Syracuse. Dù tính thực tế của phát minh này vẫn gây tranh cãi, nhưng nó cho thấy sự sáng tạo của ông trong chiến tranh.
5. Máy bắn đá và các vũ khí khác
Archimedes đã thiết kế nhiều loại máy bắn đá, cần trục để nâng và lật úp tàu địch, giúp bảo vệ Syracuse khỏi quân La Mã.
B. Những thành tựu toán học
Ngoài các phát minh cơ học, Archimedes còn có nhiều đóng góp quan trọng trong toán học:
1. Tính số Pi
Archimedes là người đầu tiên ước lượng chính xác giá trị của số Pi (π\pi). Ông sử dụng phương pháp đa giác nội tiếp và ngoại tiếp để xác định rằng π\pi nằm giữa 3.1408 và 3.1429.
2. Nguyên lý về hình học và tính toán diện tích, thể tích
Ông phát triển các phương pháp tính diện tích của hình parabol, thể tích của các hình không gian như hình cầu và hình trụ.
3. Định lý Archimedes về mặt cầu và mặt trụ
Ông chứng minh rằng thể tích của một khối cầu bằng 2/3 thể tích của hình trụ ngoại tiếp nó.
4. Phương pháp “Exhaustion” (tiền thân của phép tính tích phân)
Archimedes đã sử dụng một phương pháp tiếp cận gần giống với phép tính tích phân hiện đại để tính diện tích và thể tích của các hình phức tạp.
5. Số lớn Archimedes
Ông phát minh ra một hệ thống số để biểu diễn các số rất lớn, giúp giải quyết bài toán số lượng hạt cát có thể chứa trong vũ trụ.
3. Cái chết của Archimedes
Năm 212 TCN, trong cuộc chiến giữa Rome và Syracuse, quân La Mã do tướng Marcus Claudius Marcellus chỉ huy đã chiếm được thành phố. Theo truyền thuyết, một người lính La Mã đã giết Archimedes mặc dù có lệnh bắt ông sống. Trước khi chết, Archimedes được cho là đang vẽ hình trên cát và nói:
“Đừng làm rối các vòng tròn của ta!”
Cái chết của ông đánh dấu sự kết thúc của một thiên tài kiệt xuất, nhưng di sản của ông vẫn tiếp tục ảnh hưởng đến thế giới khoa học.
4. Di sản và tầm ảnh hưởng
4.1. Ảnh hưởng trong toán học và vật lý
- Các công trình của Archimedes đặt nền móng cho lĩnh vực giải tích và hình học hiện đại.
- Phương pháp “Exhaustion” của ông là tiền thân của phép tính vi phân và tích phân.
4.2. Ảnh hưởng trong kỹ thuật và cơ khí
- Vít Archimedes và hệ thống ròng rọc vẫn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
- Nguyên lý Archimedes vẫn là cơ sở cho khoa học thủy động lực học.
4.3. Danh tiếng và tôn vinh
- Tên của Archimedes được đặt cho một miệng núi lửa trên Mặt Trăng.
- Nhiều trường đại học và tổ chức khoa học đã lấy tên ông để tôn vinh những đóng góp của ông.
- Các định lý và nguyên lý của Archimedes tiếp tục được giảng dạy trong chương trình toán học và vật lý hiện đại.
5. Kết luận
Archimedes không chỉ là một nhà toán học thiên tài mà còn là một nhà phát minh lỗi lạc, người đã đặt nền tảng cho nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Những phát minh của ông vẫn còn giá trị cho đến ngày nay, và ông được xem là một trong những bộ óc vĩ đại nhất trong lịch sử nhân loại.
