アルキメデスが残した発見した原理のまとめ!なんで水に物が浮くのか?

 

アルキメデスは紀元前212年の第一級・科学者と評価されています。彼が発見した原理は物理学の謎を解明し、現在は物理学として大学などでも学ばれています。ここでは、彼の肩書や、発見した原理などをご紹介していこうと思います。

アルキメデスとは

アルキメデスの画像

アルキメデス/Wikipedia引用

アルキメデスは、現在私たちが”当たり前”と認識していることを物理的に考え、その原理を発見したり、様々な発明をしてきた人です。勿論、紀元前のことなので、現在解明されていることすら謎のままの時代のことです。

また、そんな彼の肩書はいくつもあります。「数学者・物理学者・天文学者・技術者・発明家」が彼の肩書で、理系総なめといったところでしょう。理系の大学に通っている学生や、そういった職に就いている方々は、”その肩書のどれかがあればいい”といったところではないでしょうか?彼の職業としては「学者」や「発明家」というところですが、現在でいうと「教授」や、一般企業では「研究職」や「研究開発職」に当てはまるのではないでしょうか?彼の肩書からも天才肌ということがよくわかりますね。

そもそもアルキメデスは、今で言うとどういう職業に当てはまるのでしょうか?彼が持っていた肩書は多く、現在物理系の学部に通っている人や、そういった仕事をしている方には「そのどれかがあればいい」と思う様な肩書を総なめしています。ここからは、彼の肩書に注視して、現在でいうとどういった職業に当てはまるか見ていきましょう。

アルキメデスの職業は何?

実はアルキメデスは、肩書がいくつもあったのです。数学者・物理学者・技術者・発明家・天文学者という理系の肩書総なめの様な感じです。現在の職種においてどんな職種に当てはまるかというと、おそらく「教授」や「学者」、一般企業ならば「研究職」や「研究開発職」でしょう。彼は現在の物理学では、当たり前になっているような発見や、発明品を残しています。

 

 

アルキメデスの原理の発見

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王様からの難題

王ヒロエン2世は、金を加工する職人に金塊を渡し、それで王冠を作るよう命令しました。無事完成したものの「職人が金を盗み、重さでばれないよう銀を混ぜて作ったのではないか?」と疑いを持ち始めたのです。しかし、体積でそれを確認するためには、一旦王冠を溶かし、正方形にする必要があり、王は頭を抱えることに…しかし、アルキメデスならいい方法が思いつくだろうと、彼を呼んだのですが、その場では閃かず、一旦持ち帰ることになります。

 

エウレカ!

王に託された難題を何とか解決すべく、アルキメデスは数日考えたのです。ある日、彼はお風呂入った時に、頭の仲が暗雲の中から一気に晴れ渡るように閃きます。彼が浴槽に入った時に、水面が高くなり、縁から水が溢れたことに着目し、体積と同等の水が物を押し上げる力=浮力が働くことを発見したのです。この時、アルキメデスは「エウレカ!!」と叫んだそうです。このエウレカという言葉は、ギリシャ語で何かを見つけた時に発する言葉で、日本語に当てはめると「わかったぞ!!」という意味合いだそうです。

それを応用し、天秤の片方に「王冠」もう片方に「釣り合う質量の金塊」を下げ、水の中に入れます。そうすると、もし王冠に混合物があり、比重が低い場合は、体積が大きくなり冠はその体積分、浮力が生じるため、冠が金塊より上に上がるのです。

この体積と浮力の関係を説いたのが「アルキメデスの原理」です。

 

アルキメデスの原理とは

アルキメデスの原理とは、ものが浮く原理、つまり浮力がどういうものを解明したものです。ここからは、簡単にアルキメデスの原理を解説していきます。

水の中に物を沈めると物の上部には水圧Aがかかり、物の下部には下からの水圧Bがかかります。普通、何もない状態だと、水圧はどこに点を置いても、その1点に対し、上からも下からも同等の水圧がかかっているため水は容器の中で静止した状態で保たれます。ところが、その間に物質があると、物の下部にかかる水圧Bが物の上部にかかる水圧Aに合わせようと、物質の体積同等分、押し上げようとする力が働きます。その力が浮力で、物が浮くという現象です。

この浮力の原理こそが、アルキメデスの原理です。

※”周りの物質”が、”水”なのか”アンモニア”なのか、という比重の大きさににより浮く力は変わってきます。

 

てこの原理

アルキメデスが発見した原理で最も有名なのが、「テコの原理」でしょう。「力点、支点、作用点」という言葉は誰もが聞いたことあるのではないでしょうか。

てこの原理とは、簡単にいえば、大きな物を持ち上げるときに、てこを用いて力点と支点の距離や、支点と作用点の距離調節することで効率よく重量の大きい物が持ち上げることができる法則です。力点と支店の距離を長くし、支店と作用点の距離を短く取ることで、より少ない力で物を持ち上げることができます。

アルキメデスは、このてこの原理を使って、ポエニ戦争時に投石機の技術的支援や、重量オーバーの船を滑車とロープを使って進水させるなど、大活躍しました。彼はそのとき、こんなかっこいい名言を残しました。

「我に支点を与えよ。されば地球をも動かさん」 

 

 

アルキメデスのその他の業績

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アルキメデスの代表的な発見は、アルキメデスの原理ですが、彼は他にも発見や、発明をし、それが現代にも物理学で応用されています。ここからは、彼の発見や、発明について簡単にご紹介していきます。

 

アルキメデスが発明したもの

・アルキメディアン・スクリュー
ねじ構造を初めて機械に応用したものです。
現在はスクリュー・コンベヤーや、水力発電所などで応用されています。
・アルキメデスの鉤爪(かぎつめ)
兵器の一つで、別名「シップ・シェイカー」と呼ばれています。
クレーン上の腕部の先に金属製の鉤爪を付け、近づいた船に引っ掛け、持ち上げて転覆させる装置です。
・アルキメデスの熱光線
太陽光をレンズに集めその光を船へ向けて反射させ遠隔で船に火災を発生させる装置です。

 

アルキメデスが発見したもの

・円周率の計算
当時、円周率は約3とされていましたが、アルキメデスは更に計算を重ね現在最も知られている「3.14」にまでたどり着きました。
・重心の定義づけ
平行四辺形・台形・三角形などの図形において、重心を定義づけました。

 

 

まとめ:新しい発見

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アルキメデスは、難題に挑戦したことで、新しい発見をしました。アルキメデスの定理とは「浮くのは何故?」ということを解明したものでしたが、皆さんはこんな当たり前のことを深く考えようとしたことがありますか?私たちは当たり前のことにこそ盲目になりがちです。ここで改めて今の当たり前について考えてみませんか?あなたの「何で?」を大切に、新しい発見をしましょう。

 

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