Archimedes

Archimedes, Domenico Fetti, 1620, Alte-Meister-Museum, Dresden

Archimedes (griechisch Aρχιμήδης) von Syrakus (* um 287 v. Chr. vermutlich in Syrakus auf Sizilien; † 212 v. Chr. ebenda) war ein antiker griechischer Mathematiker, Physiker und Ingenieur. Er gilt als einer der bedeutendsten Mathematiker der Antike. Seine Werke waren auch noch im 16. und 17. Jahrhundert bei der Entwicklung der höheren Analysis von Bedeutung.

Leben

Archimedes war der Sohn des Hetophoras, eines Astronomen am Hof des Hieron von Syrakus. Bei einem längeren Aufenthalt in Alexandria lernte Archimedes die dortigen Mathematiker Kanon, Dositheos und Eratostenes kennen, mit denen er später weiter korrespondierte. In Syrakus war er mit König Hiron II. und dessen Sohn Geron befreundet.

Archimedes war an der Verteidigung von Syrakus gegen die römische Belagerung im Zweiten Punischen Krieg beteiligt. Bei der Eroberung von Syrakus - nach dreijähriger Belagerung durch den römischen Feldherrn M. Claudius Marcellus - wurde Archimedes von einem römischen Soldaten getötet.

Die erhaltenen Traktate

• De planorum equilibris
• De quadratura parabolae (Quadratur der Parabel), Inhalt: Fläche eines Parabelsegments.
• De sphaera et cylindro (Kugel und Zylinder), Inhalt: Volumen von Kugel und Zylinder.
• De spiralibus (Über Spiralförmige Linien), Inhalt: Fläche eines von ihm erfundenen Objekts, der Spirallinie.
• De conoidibus et sphaeroidibus (Über Konoide und Sphäroide), Inhalt: Volumina von Hyberbeln und Ellipsen.
• De corporibus natantibus (Über schwimmende Körper), Inhalt: Volumen und spezifisches Gewicht von Körpern.
• Dimensio circuli
• Arenarius
• Problema boum
• De methodo (Fragment)
• Ostomachion (Fragment, Zuschreibung fraglich)
• Liber assumptorum (wohl nicht archimedisch)

siehe auch: Das Palimpsest des Archimedes

Werk

Datei:Archimedes (Graphik).gif

Mittelalterliches Idealportrait von Archimedes

Archimedes war sowohl in der Mathematik als auch im Bereich der heutigen Physik gleichermaßen schöpferisch tätig und gilt als der erste Physiker der Weltgeschichte. Ihm zu Ehren wurde auf dem Mare Imbrium ein Mondkrater Archimedes genannt; siehe Archimedes (Mondkrater).

Physik

 ==== Hebelgesetz ==== Archimedes formulierte die Hebelgesetze und schuf dadurch die theoretische Grundlage für die spätere Entwicklung der Mechanik. Er selbst entwickelte aus dem Hebelgesetz bereits die wissenschaftlichen Grundlagen der Statik für statisch bestimmte Systeme. Nach Archimedes ist der archimedische Punkt benannt. Maik ist der größte Penner...

Archimedisches Prinzip

Als Archimedes den Gold-Gehalt der Krone des Herrschers Hiero II. prüfen sollte, ohne sie jedoch zu beschädigen, legte er die Krone auf eine Schale einer Waage und dasselbe Gewicht in Gold auf die andere Schale. Als er die Waage ins Wasser hielt, neigte sich die Schale mit dem Gold, wodurch erwiesen war, dass die Krone ein kleineres spezifisches Gewicht hatte und daher nicht ganz aus Gold gefertigt war. Archimedes soll das Auftriebsprinzip durch einen Geistesblitz beim Baden entdeckt haben, als aus dem randvollen Wasserbehälter plötzlich jene Wassermenge auslief, die er beim Hineinsteigen ins Bad mit seinem Körpervolumen verdrängte. Vor Freude glücklich über seine Entdeckung, lief er mit dem Ausruf „Heureka!“ (altgriechisch: εύρηκα, „Ich hab's gefunden!“) nackt auf die Straße.

Das Auftriebsprinzip wird nach seinem Entdecker archimedisches Prinzip genannt. Es kann bei jedem schwimmenden Körper Anwendung finden, stellt beim Schiffbau jedoch eine zwingend zu berücksichtigende Tatsache dar. Archimedes war auch die unterschiedliche Dichte von Flüssigkeiten bekannt, so unterschied er z.B. zwischen Meeresschiffen und solchen, die im Süßwasser eingesetzt werden sollten.

Bei seinen hydrostatischen Experimenten entdeckte er das Prinzip der kommunizierenden Gefäße.

Mathematik

Flächenberechnungen

Archimedes bewies, dass sich der Umfang eines Kreises zu seinem Durchmesser genauso verhält, wie die Fläche des Kreises zum Quadrat des Radius. Er nannte dieses (heute als Pi oder Kreiszahl bezeichnete) Verhältnis noch nicht π (Pi), gab aber eine Anleitung, wie man sich dem Verhältnis bis zu einer beliebig hohen Genauigkeit nähern kann, vermutlich das älteste numerische Verfahren der Geschichte. Mit seinen Überlegungen zur Flächen- und Volumenberechnung (u. a. mit einer exakten Quadratur der Parabel) nahm Archimedes Ideen der Integralrechnung viel später folgenden Denkern vorweg. Er ging dabei über die Eudoxos von Knidos zugeschriebene Exhaustionsmethode (Ausschöpfungsmethode) hinaus, beispielsweise wandte er bereits eine Form des Prinzips von Cavalieri an.

Archimedes benutzte auch eine damals neue Methode, um Hypothesen zum Flächeninhalt krummlinig begrenzter Flächen (z.B. von Parabeln und Quadraten) praktisch zu überprüfen. Er zeichnete die entsprechenden Flächen auf dünne Tafeln (z.B. aus Holz, mehrlagigem Papyrus oder vielleicht auch Ton) auf und schnitt sie anschließend aus. Danach verglich er das Gewicht der ausgeschnittenen Flächenstücke. Dadurch konnte er falsche Hypothesen durch Messung des Gewichts bereits von vorneherein ausschließen.

1906 fand Johan Ludvig Heiberg (1854 - 1928), ein dänischer Philologe und Professor an der Universität Kopenhagen in Istanbul ein auf das zehnte Jhd. datiertes Manuskript, das unter anderem eine Abschrift von Archimedes' Schrift Die Methode enthielt.

Stellenwertbasiertes Zahlensystem

Außerdem entwickelte Archimedes ein stellenwertbasiertes Zahlensystem mit der Basis 10$^{8}$.

Er benutzte es, um astronomisch große Zahlen (bis zur Größe von 10⁶⁴) mathematisch fassen zu können - dies in einer Zeit, in der seine Mitwelt eine Myriade (lit. 10.000) bereits mit „unendlich“ gleichsetzte. Anlass dafür war die Abhandlung Über schwimmende Körper und die Sandzahl, auch kurz Sandrechner genannt, die er König Geleon widmete. Darin heißt es: „Es gibt Leute, König Geleon, die der Meinung sind, die Zahl des Sandes sei unendlich groß [...] Andere glauben zwar nicht, dass die Zahl unendlich sei, aber doch, dass noch keine Zahl genannt worden sei, die seine Menge übertreffen könnte.“

Er widerlegte diese Vorstellungen, indem er in der Abhandlung die Anzahl der Sandkörner, die alle Strände der Erde bedeckten, abschätzte und benannte. Er ging sogar noch weiter und berechnete die Anzahl der Sandkörner, die man benötigte, um das ganze Universum mit Sand anzufüllen. Damals stellte man sich das Universum allerdings noch wesentlich kleiner vor - nämlich als Kugel von etwa der Größe unseres Sonnensystems. Archimedes' Rechnung besagt demnach, dass in eine gedachte Kugel von der Größe unseres Sonnensystems etwa 10⁶⁴ Sandkörner hineinpassen würden.

Archimedisches Axiom

Obwohl nach ihm benannt, stammt das archimedische Axiom nicht von Archimedes, sondern geht auf Eudoxos von Knidos zurück, der dieses Prinzip im Rahmen seiner Größenlehre einführte.

Technik

Archimedische Schraube

Archimedes' Einfluss hat die Technik seiner Zeit und die spätere Entwicklung der Technik, insbesondere der Mechanik maßgeblich beeinflusst. Er selbst konstruierte allerlei mechanische Geräte - nicht zuletzt auch Kriegsmaschinen - und benutzte Hohlspiegel zur Bündelung von Licht. Er war auch der Erfinder der archimedischen Schraube.

Legende

Kupferstich auf dem Titelblatt der lateinischen Ausgabe des Thesaurus opticus, einem Werk des arabischen Gelehrten Alhazen. Die Darstellung zeigt, wie Archimedes römische Schiffe mit Hilfe von Parabolspiegeln in Brand gesetzt haben soll.

Archimedes wird nachgesagt, die Römer bei ihrer langwierigen Belagerung mit den von ihm entwickelten Kriegsmaschinen aufgehalten zu haben: So entwickelte er beispielsweise Wurfmaschinen und Katapulte oder auch Seilwinden, welche ein komplettes Schiff, voll beladen und mit gesamter Besatzung, durch Ziehen an einem einzigen Seil bewegte. Auch mächtige Greifarme, die feindliche Boote packten und angeblich in Stücke rissen, gehörten dazu.

Außerdem soll Archimedes die Schiffe der Römer sogar über große Entfernung in Brand gesteckt haben. Mit Hilfe von Spiegeln soll er das Sonnenlicht umgelenkt und auf die angreifenden Schiffe konzentriert haben, so dass ganze Flotten vernichtet wurden. Dazu gibt es eine über 300 Jahre währende, heftige Kontroverse. Historisch spricht die Quellenlage, Übersetzungsfragen (pyreia wurde oft mit Brennspiegel übersetzt, obwohl es nur „Entzündung“ heißt und auch Brandpfeile umfasst) und das erst Jahrhunderte spätere Auftauchen der Legende dagegen. Physikalische Gegenargumente sind die notwendige Mindestgröße und Brennweite eines solchen Spiegels, die zu erreichende Mindesttemperatur zur Entzündung von Holz und die Zeit, die das zu entzündende Holzstück konstant beleuchtet bleiben muss. Technische Gegenargumente diskutieren die Herstellbarkeit solcher Spiegel zur damaligen Zeit, die Montage eines Spiegels oder Spiegelsystems und die Bedienbarkeit. Ein moderner Kritiker der Legende war der Pyrotechniker Dennis L. Simms. Forscher des Massachusetts Institute of Technology und der University of Arizona haben 2005 erfolgreich mit 127 kleinen Spiegeln ein 30 Meter entferntes Modell einer Schiffswand entzündet, nachdem der Versuch zuvor mit zwei Spiegeln misslungen war.

Archimedes' Legende nach soll er nach der Eroberung von Syrakus dem römischen Soldaten, der ihn festnehmen sollte und ihn gerade beim Zeichnen geometrischer Figuren im Sand störte, zugerufen haben: Noli turbare circulos meos (lateinisch für: Störe meine Kreise nicht!), worauf dieser dermaßen in Rage geriet, dass er Archimedes erschlug.

Nach Plutarch (Marc.17,12) hatte Archimedes sich testamentarisch ein Grab mit der Darstellung von Kugel und Zylinder gewünscht, da er offensichtlich auf seine Abhandlung „perì sphaíras kaì kylíndrou“, Über Kugel und Zylinder, besonders stolz war.

Zugeschriebene Zitate

• Δός μοι, πᾶ στῶ, και τὰν γᾶν κινῶ (in dorischem Dialekt) - Gib mir (einen Punkt), wo ich stehen kann, und ich werde die Erde bewegen.

• Eύρηκα - Heureka! - Ich habe (es) gefunden!

• Μη μου τους κύκλους τάρατε - Noli turbare circulos meos - Störe meine Kreise (ja) nicht

• Es gibt Dinge, die den meisten Menschen unglaublich erscheinen, die nicht Mathematik studiert haben.

Literatur

Werkausgaben

• Archimedis opera (editio princeps), ed. Th. Gechauff, Basel 1544
• Archimedis opera omnia (3 vol.), ed. J. L. Heiberg, Lipsiae 1881/1915
• Archimède (4 vol.), ed. Ch. Mugler, Paris 1971

Übersetzungen und Sekundärliteratur

• Ivo Schneider: Archimedes. Ingenieur, Naturwissenschaftler und Mathematiker. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1979. ISBN 3-534-06844-0
• Paul Strathern: Archimedes und der Hebel. Fischer, Frankfurt/M. 2002. ISBN 3-596-14117-6
• Thuillier, P. - D’Archimède à Einstein (1988), éd. Fayard
• Reviel Netz (Hrsg.): The Works of Archimedes. Univers. Press, Cambridge 2004. ISBN 0-521-66160-9 (englisch)
• Reviel Netz, William Noel: Der Kodex des Archimedes C.H. Beck, München 2007. ISBN 978-3-406-56336-2
• Thomas Little Heath (Hrsg.): The Works of Archimedes. Cambridge 1897, Dover Publications, Mineola NY 1953, 2002. ISBN 0-486-42084-1
• Johann L. Heiberg (Hrsg.): Geometrical Solutions Derived from Mechanics. Open Court Publ., Chicago/La Salle Ill. 1909, 1942.
• István Száva, Heinrich Weissling (Übers.): Der Gigant von Syrakus. Roman. Prisma, Leipzig 1960, Corvina, Budapest 1960, 1968, 1978.
• Plutarch: Marcellus (17, 12)

Weblinks

Commons: Archimedes – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

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Von Archimedes

• Archimedes in der 'Bibliotheca Augustana'
  • Darunter besonders hervorzuheben ist: Die Messung des Kreises

Über Archimedes

• Fakten über Archimedes (englisch)
• Archimedes - Das Genie der Antike
• Archimedes' Leben und Werk