阿基米德为何被称为“力学之父”？他发明了哪些工程机械？

阿基米德（公元前287年—公元前212年），伟大的古希腊哲学家、百科式科学家、数学家、物理学家、力学家，静态力学和流体静力学的奠基人，并且享有“力学之父”的美称，阿基米德和高斯、牛顿并列为世界三大数学家。 阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”

阿基米德像
今天笔者带领大家走进阿基米德的科学世界。
阿基米德的皇冠实验与浮力定律
在古代希腊，阿基米德是科学界最璀璨的一颗星，他的出名得益于对国王的一个谜题。当时的古希腊国王对自己的皇冠是否为纯金打造一直有疑问，他认为自己的工匠偷工减料，但又苦于无法证明这一点，所以他给古希腊所有的科学人士提出一个问题：怎样证明自己的皇冠非纯金打造？
阿基米德一直在从事有关力学方面的研究，他希望可以为国王证明，一是可以获得赏金，二是可以获得声誉。在一次偶然的洗澡过程中，阿基米德突然参透了方法。阿基米德的方法是运用水缸来判断皇冠是否为纯金质地。

阿基米德的皇冠实验
阿基米德拿出了两个一样大小的水桶，水桶中加入等量的水。准备一个与皇冠等重量的金块，将皇冠放在第一个水桶中，将金块放在另一个水桶中。阿基米德发现，放入物体后，水上升的高度不同。放入皇冠的水桶很明显比放入金块的水桶，水上升的高度要大。这就说明，在同等重量的情况下，皇冠的体积比纯金要大。

阿基米德的皇冠实验
根据m（质量）=ρ（密度）x V（体积）。那么可以得到，皇冠的密度要比纯金的密度小。故阿基米德证明了皇冠并非纯金打造。
皇冠实验其实引出了阿基米德的另一个定律——浮力定律
在洗澡时阿基米德发现，当自己没入浴缸时，能明显的感觉到自己的身体变轻了。当自己从浴缸走出来时，能明显感觉到身体变重了。经过对石头和木板的多次实验，他得到了著名的浮力定律，即物体在水中受到的浮力与排开水的重力有关系。

浴缸中的阿基米德
阿基米德与杠杆
其实人类从远古时代起就会使用杠杆，并且懂得巧妙地运用杠杆。在埃及造金字塔的时候，奴隶们就利用杠杆把沉重的石块往上撬。 造船工人用杠杆在船上架设桅杆。人们用汲水吊杆从井里取水，等等。但是，杠杆为什么能做到这一点呢？
杠杆的原理一直没有人能总结的很全面，直到阿基米德才真正总结了杠杆的平衡条件。经过反复地观察，实验和计算，阿基米德最终提出了杠杆原理。即动力X动力臂=阻力X阻力臂。换句话说，就是：小重量是大重量的多少分之一重，长力臂就应当是短力臂的多少倍长。

杠杆原理（F1xL1=F2xL2）
阿基米德的工程机械
阿基米德螺旋泵阿基米德螺旋泵至今还在很多地区使用，它代表着一种传统的汲水方式。

阿基米德螺旋泵
当时阿基米德在尼罗河河口的亚历山大城学习，一个星期天，阿基米德乘船时看到一群人在用木桶拎水，便问道：“他们干嘛要拎水？”
“河床地势低，农田地势高，农民只好拎水浇地了。”一位当地的同学告诉他．“这样拎水的效率太低了，浇一丘田不知要拎多少桶。”阿基米德心中产生了对农民的同情心。阿基米德开始思考怎样使水从低处引向高处。于是他的脑海中产生了一个设想：“做一个大螺旋，把它放在一个圆筒里．这样，螺旋转起来后，水不就可以沿着螺旋沟带到高处去了吗？”

阿基米德螺旋泵原理
螺旋泵通过各个螺旋间的密闭空间将水从低处引向高处。现在我们我们广泛采用的抽水泵都是在阿基米德螺旋泵的基础上，将旋杆连接电动机，完成用电动机牵引水流，节省人力，并且更加方便。
阿基米德齿轮与斜面对于如何提升重物的问题，阿基米德有自己的思考。如果单纯的将重物从地面提向高处，他认为是相当费力的。但如果将物体放置于斜面之上，问题就变得简单了。

斜面上的受力分析
斜面的存在，可以让重力正交分解为一个垂直于斜面的力和一个平行于斜面的力，垂直于斜面的力于物体受斜面的支持力相互平衡，如果现在沿着斜面向上拉物体，只要承担重力平行于斜面的分量（对于不光滑斜面还存在沿斜面向下的摩擦力）。这种方法降低了提升重物的负担，阿基米德认为通过斜面来提升重物，将使得劳动程度大大降低。

阿基米德斜面与齿轮
叙拉古斯国王亥厄洛二世仰慕阿基米德的天赋，希望他能够设计出一套机械，能够将当时最大的船舰拉动到高处。阿基米德运用斜面和齿轮的组合设计了一套装置，斜面降低了拉力的负担，齿轮组相当于滑轮，又进一步的降低了拉力的负担。阿基米德在机械方面的天赋，让很多当时的君主瞠目结舌，他们认为阿基米德的存在就相当于一支军队。
阿基米德铁爪机械不仅在工程上有应用，军事也不例外。对于没有斜面的情况如何提升重物，阿基米德设计了一套“铁爪装置”，该装置需要大量人力支持，但通过分散人力来控制铁爪的形态变化。

阿基米德铁爪
笔者最近在科技馆偶尔看到了阿基米德铁爪的试验模型，亲自操作了一下，的确是一人很难操控的机械。整个铁爪分为三条绳。中间绳控制铁爪的上升与下降，左绳控制向左运动和左爪开合，右绳控制向右运动和右爪开合。如果在足够劳动力的基础上，阿基米德铁爪可以很容易的举起任何重物。
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具体操作是先拉动中绳，将铁爪提升一定高度，再通过左爪和右爪调整位置，之后控制爪的张合夹住物体，最后用中绳子提升，完成。阿基米德铁爪不仅是工程机械，更是强有力的军事机械，试想在城墙上放置这个装置，即使是重量巨大的攻城车，也能够巧妙地抬升起来！