Archimedes: was hat er erfunden, was können wir von ihm lernen?
Archimedes gilt als einer der Urväter aller Ingenieure, er war aber auch ein genialer Mathematiker und Physiker. Generationen an Studenten und Schüler lernen noch heute von ihm. Es ist beindruckend, was er alles erfunden hat und was wir ihm alles zu verdanken haben.
Stich von 1894, der Archimedes zeigt, wie er von eindringenden römischen Soldaten (nicht auf dem Bild) getötet werden soll.
Foto: Panthermedia.net/Morphart (YAYMicro)
Begnadeter Mathematiker, überragender Physiker und brillanter Ingenieur: Archimedes war ohne Zweifel ein Allroundtalent mit vielen Fähigkeiten. Was ist Legende und welche Erfindungen stammen tatsächlich von ihm? Wir haben uns näher mit ihm befasst und stellen Ihnen wichtige Erfindungen und Entdeckungen des genialen Masterminds vor.
Seine zahlreichen Entdeckungen und Erfindungen begründeten bereits in der Antike seinen Ruf als vielseitiges Genie. Er gilt als einer der Väter der modernen Naturwissenschaften und soll sich vollkommen seinen wissenschaftlichen Studien verschrieben haben. Um den genialen Denker ranken sich zahlreiche Legenden, die Informationen über sein reales Leben sind hingegen eher dürftig. Was wir jedoch sicher wissen: Archimedes zählt ohne Zweifel zu den bedeutendsten Mathematikern, Physikern und Ingenieuren der Geschichte.
Archimedes: das naturwissenschaftliche Universalgenie
Vermutlich kam er um das Jahr 287 v. Chr. in Syrakus auf Sizilien zur Welt und soll als Sohn des Astronomen Pheidias am königlichen Hof von Hierons II. aufgewachsen sein. Als kreativer Ingenieur war Archimedes in vielen Bereichen tätig, die Liste seiner Entdeckungen und Entwicklungen ist daher entsprechend lang und eindrucksvoll. Er war gleichermaßen Theoretiker und Praktiker, neben seinen bahnbrechenden Beiträgen in den Bereichen Mathematik und Physik schenkte er uns auch eine Vielzahl praktischer Erfindungen.
Seine Schriften prägten noch viele Jahrhunderte später den wissenschaftlichen Fortschritt. Ihm wird die Entdeckung des Auftriebsprinzips zugeschrieben, er soll die Hebelgesetze formuliert haben und als Mathematiker beschäftige er sich mit der Berechnung von Flächen und Körpern. Er entwickelte ein Verfahren zur beliebig genauen Annäherung der Zahl Pi und ein weiterer mathematischer Geniestreich war die Entwicklung eines stellenwertbasierten Zahlensystems mit der Basis 10.
Archimedes war Universalgelehrter, entsprechend vielseitig zeigt sich daher seine Arbeit in Theorie und Praxis. Seine Leistungen als genialer Ingenieur prägten die technischen Entwicklungen seiner Zeit. Er erfand Flaschenzüge, Schrauben, Kriegsmaschinen und mehr. Archimedische Schraube, Flaschenzug und die legendären Kriegsmaschinen, die zur Verteidigung von Syrakus dienten, sind nur einige Beispiele für den außerordentlichen Erfindungsreichtum des legendären Ingenieurs.
Eines seiner Lieblingsthemen: Flächenberechnungen
Seine Leistungen als Ingenieur sind unbestritten, sich selbst sah Archimedes allerdings eher als Theoretiker. Der römische Historiker Plutarch vermerkte, dass der Gelehrte aus Syrakus größeren Wert auf seine Theorien in Mathematik und Physik legte, während er seine mechanischen Erfindungen als deutlich geringere Leistungen ansah. Sein Fokus im mathematischen Bereich lag in erster Linie auf der Berechnung von Flächen und Volumina.
Er war auch als Mathematiker seiner Zeit weit voraus und bewies, dass sich der Kreisumfang zum Durchmesser des Kreises ebenso verhält wie dessen Fläche zum Quadrat des Radius. Mit seinen Berechnungen zum Flächeninhalt eines Parabelsegments bereitet Archimedes den Weg für die erst viele Jahrhunderte später etablierte Integralrechnung. Das von ihm um 240 v. Chr. gefundene Verfahren zur beliebig genauen Annäherung der Zahl Pi wird zum Leidwesen vieler Schüler bis heute in der Schule unterrichtet.
Hebelgesetz: Archimedes am längeren Hebel
In einer seiner Schriften (Über das Gleichgewicht ebener Flächen) beschrieb Archimedes das Hebelgesetz und formulierte somit die theoretische Basis für die Lehre der Mechanik. Er hatte erkannt, dass sich unter Verwendung eines festen Hebels schwere Gegenstände mit geringerem Kraftaufwand bewegen lassen.
„Gebt mir einen festen Punkt im All, und ich hebe die Welt aus den Angeln.“ Diesen Satz schreiben mehrere Überlieferung Archimedes zu. Laut Plutarch soll König Hieron einen praktischen Beweis gefordert haben und Archimedes bot seinem Publikum daraufhin eine verblüffende Darbietung.
Mittels Seilwinden und Flaschenzügen soll es dem Ingenieur gelungen sein, die Bewegung eines voll beladenen Schiffes durch einen einzelnen Mann zu bewerkstelligen. Ob dieser markige Spruch wirklich von ihm stammt und die spannende Darbietung tatsächlich stattgefunden hat, lässt sich in der heutigen Zeit leider nicht mehr abschließend klären. Unbestritten ist jedoch, dass diese Behauptung die Definition des archimedischen Punktes begründete. Generationen an Bau- oder Maschinenbauingenieuren haben sich mit den Hebelgesetzen beschäftigt und werden es weiterhin tun.
Archimedisches Prinzip: angewendet auf Münzen und einen Korken.
Foto: Panthermedia.net/pathastings
Archimedisches Prinzip: Lösung für eine schwierige Aufgabe
Heureka! Dieser Ruf hallte durch die Straßen von Syrakus, als ein nackter und sehr aufgeregter Archimedes durch die Straßen der Stadt lief. Kurz vorher hatte er entdeckt, dass Wasser über den Wannenrand lief, als er in die Badewanne stieg. Er verstand, dass sein Körper eine bestimmte Menge Wasser verdrängte, und dass das verdrängte Wasser genau der Auftriebskraft entsprach, die seinen Körper schwimmen ließ.
Nach der Legende soll König Hieron Archimedes damit beauftragt haben, die Echtheit seiner goldenen Krone zu prüfen. Er sollte feststellen, ob reines Gold oder billigere Materialien zum Einsatz kamen, eine Beschädigung oder die Zerstörung der Krone standen jedoch nicht zur Debatte. Zunächst konnte der Universalgelehrte dieses Problem nicht lösen, erst das entspannende Bad eröffnete ihm einen Lösungsweg. Er eilte zum König, tauchte erst die Krone und anschließend einen ebenso schweren Goldbarren in einen vollen Wasserbehälter.
In beiden Fällen maß er die Menge des jeweils übergelaufenen Wassers und stellte fest, dass die Krone deutlich mehr Flüssigkeit verdrängt hatte. Daraus folgerte er, dass sie zwar ein identisches Gewicht aufwies, das verwendete Material jedoch im Vergleich zum Goldbarren eine geringere Dichte besitzen musste. Somit konnte die Krone nicht aus reinem Gold bestehen.
Vermutlich ist auch diese Geschichte nur eine weitere Anekdote, deren Wahrheitsgehalt im Dunkel der Geschichte verborgen bleibt. Die Entdeckung dieses alltäglichen Sachverhalts definierte Archimedes allerdings in einem seiner Werke, ihm zu Ehren wurde die Erklärung für das Phänomen daher als archimedisches Prinzip bezeichnet.
Kriegsmaschinen bei der Belagerung von Syrakus
Während des Zweiten Punischen Krieges kam es zur Belagerung von Syrakus durch die Römer. Zur Abwehr der Angriffe durch Kriegsschiffe und schwimmende Belagerungstürme konstruierte der vielseitig begabte Ingenieur eine ganze Reihe von Kriegsmaschinen, darunter diverse Katapulte und Wurfmaschinen sowie die berühmte Kralle des Archimedes. Der Legende zufolge soll diese Waffe ein fest in die Stadtmauer eingebauter und mit riesigen Eisenhaken versehener Hebel gewesen sein. Die genaue Funktion dieser gefürchteten Konstruktion ist nicht überliefert. Dank der Kriegswaffen gelang es den Einwohnern der Stadt lange Zeit, die Eroberung durch die Römer zu verhindern. Legendär ist diesbezüglich ein angeblicher Ausspruch des römischen Feldherrn Marcellus, der entnervt dazu riet, nicht länger mit diesem Mathematiker zu streiten.
Brennspiegel: Legende oder echte Waffe?
Angeblich sollen im Krieg auch von Archimedes entwickelte Brennspiegel im Einsatz gewesen sein, mit denen die Verteidiger gebündeltes Sonnenlicht nutzten, um römische Schiffe in Brand zu stecken. Aus physikalischer und technischer Sicht gibt es in der heutigen Zeit allerdings große Zweifel an dieser Geschichte. Brennweite und Größe eines solchen Spiegels müssten beachtlich gewesen sein, damit die erforderliche Mindesttemperatur zum Entzünden des Holzes hätte erreicht werden können. Weiterhin sind durchaus Zweifel angebracht, ob es zur damaligen Zeit möglich war, einen solchen Spiegel herzustellen. Experten verweisen ohnehin darauf, dass der in mehreren Schriften genannte Begriff pyreia sich schlicht mit Entzündung übersetzen lässt und die Übersetzung mit Brennspiegel somit eher ein Übersetzungsfehler sein könnte. Möglicherweise haben die Verteidiger Schiffe einfach mit profanen Brandpfeilen in Brand gesetzt.
Die archimedische Schraube zur Förderung von Wasser ist noch heute oft in Betrieb.
Foto: Panthermedia.net/norgallery
Archimedische Schraube ist noch immer im Einsatz
Auch in Friedenszeiten schenkte der findige Ingenieur der Menschheit praktische Erfindungen, die das Leben zahlreicher Menschen erleichterten. So wird ihm beispielsweise die Konstruktion der nach ihm benannten archimedischen Schraube nachgesagt. Während eines Studienaufenthalts in Ägypten soll er das Prinzip dort genutzter Vorrichtungen zur Bewässerung der Felder übernommen und verfeinert haben.
Mit diesem einfachen und genialen Prinzip einer schraubenförmigen Konstruktion bewies der Ingenieur erneut seine Vielseitigkeit und Kreativität. Die archimedische Schraube ist in modernen Förderanlagen noch immer im Einsatz. Archimedes war einer der bedeutendsten Gelehrten der Geschichte und starb 212 v. Chr. durch die Hand eines römischen Soldaten, den er angeblich aufgefordert hatte, seine Kreise nicht zu stören.
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