1. ภาพรวม
อาร์คิมิดีสแห่งซีรากูซา (ประมาณ 287 - 212 ปีก่อนคริสตกาล) เป็นนักคณิตศาสตร์ นักฟิสิกส์ วิศวกร นักดาราศาสตร์ และนักประดิษฐ์ชาวกรีกโบราณจากเมืองซีรากูซาในซิซิลี แม้จะมีรายละเอียดเกี่ยวกับชีวิตของเขาน้อยมาก แต่เขาก็ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำในสมัยคลาสสิกและเป็นนักคณิตศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์โบราณ เขามีส่วนสำคัญในการพัฒนาแนวคิดที่นำไปสู่แคลคูลัสสมัยใหม่และคณิตวิเคราะห์ โดยการประยุกต์ใช้แนวคิดเรื่องกณิกนันต์และระเบียบวิธีเกษียณเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีบททางเรขาคณิตหลายประการ เช่น พื้นที่ของวงกลม พื้นที่ผิวและปริมาตรของทรงกลม รวมถึงพื้นที่ใต้พาราโบลา
นอกจากนี้ อาร์คิมิดีสยังเป็นผู้บุกเบิกการประยุกต์ใช้คณิตศาสตร์กับปรากฏการณ์ทางกายภาพ โดยมีผลงานสำคัญในด้านสถิตยศาสตร์และอุทกสถิตยศาสตร์ ซึ่งรวมถึงการพิสูจน์กฎของคาน การใช้แนวคิดจุดศูนย์กลางมวลอย่างแพร่หลาย และการประกาศกฎการลอยตัวที่รู้จักกันในชื่อหลักการของอาร์คิมิดีส เขายังได้รับการยกย่องในการออกแบบเครื่องจักรที่เป็นนวัตกรรม เช่น เครื่องสูบแบบเกลียวของอาร์คิมิดีส รอกทดกำลัง และเครื่องจักรสงครามป้องกันเมืองซีรากูซาจากการรุกราน อาร์คิมิดีสเสียชีวิตระหว่างการล้อมซีรากูซาเมื่อถูกทหารโรมันสังหาร แม้จะมีคำสั่งให้รักษาชีวิตเขาไว้ก็ตาม หลุมศพของเขาถูกประดับด้วยรูปปั้นทรงกลมและทรงกระบอกตามคำขอของเขา เพื่อแสดงถึงการค้นพบทางคณิตศาสตร์ที่เขาให้คุณค่ามากที่สุด งานเขียนทางคณิตศาสตร์ของเขาซึ่งไม่ค่อยเป็นที่รู้จักในสมัยโบราณ ได้รับการรวบรวมและเผยแพร่ในยุคไบแซนไทน์และยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา และการค้นพบสมุดบันทึกของอาร์คิมิดีสในปี ค.ศ. 1906 ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับวิธีการที่เขาได้มาซึ่งผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์
2. ประวัติ
อาร์คิมิดีสเกิดเมื่อประมาณ 287 ปีก่อนคริสตกาลในเมืองท่าซีรากูซา ซิซิลี ซึ่งในเวลานั้นเป็นอาณานิคมปกครองตนเองในแคว้นมังนาไกรกิอา วันเกิดของเขาอ้างอิงจากบันทึกของจอห์น เซตเซส นักประวัติศาสตร์ชาวกรีกไบแซนไทน์ ที่ระบุว่าอาร์คิมิดีสมีอายุ 75 ปีเมื่อเสียชีวิตในปี 212 ปีก่อนคริสตกาล
2.1. วัยเด็กและการศึกษา
ในงานเขียน The Sand Reckoner อาร์คิมิดีสระบุชื่อบิดาของตนว่า ฟิเดียส ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์ที่ไม่ปรากฏข้อมูลอื่นใดอีก พลูทาร์กเขียนในหนังสือ Parallel Lives ของเขาว่า อาร์คิมิดีสเป็นญาติกับพระเจ้าเฮียโรที่ 2 แห่งซีรากูซา ผู้ปกครองซีรากูซา แม้ว่ากิแกโรจะเสนอว่าเขามีพื้นเพมาจากครอบครัวธรรมดา เพื่อนของอาร์คิมิดีสคนหนึ่งชื่อ เฮราคลีดีส ได้เขียนชีวประวัติของเขา แต่ผลงานนี้สูญหายไป ทำให้รายละเอียดชีวิตของเขายังคงคลุมเครือ เช่น ไม่ทราบว่าเขาแต่งงานหรือมีบุตรหรือไม่ หรือเคยไปเยือนอเล็กซานเดรียในอียิปต์ช่วงวัยเยาว์หรือไม่ จากงานเขียนที่ยังคงหลงเหลืออยู่ของเขา เห็นได้ชัดว่าเขารักษาความสัมพันธ์ฉันมิตรกับนักวิชาการที่นั่น รวมถึงเพื่อนของเขาอย่างโคนอนแห่งซามอส และบรรณารักษ์ใหญ่เอราทอสเทนีสแห่งไซรีน ในบทนำของ On Spirals ที่ส่งถึงโดซิเธอุสแห่งเพลูเซียม อาร์คิมิดีสกล่าวว่า "หลายปีได้ผ่านพ้นไปนับตั้งแต่โคนอนเสียชีวิต" ซึ่งโคนอนแห่งซามอสมีชีวิตอยู่ระหว่างประมาณ 280-220 ปีก่อนคริสตกาล บ่งชี้ว่าอาร์คิมิดีสอาจเป็นผู้สูงอายุแล้วเมื่อเขียนผลงานบางชิ้นของเขา
2.2. การทำงาน
บันทึกมาตรฐานเกี่ยวกับชีวิตของอาร์คิมิดีสถูกเขียนขึ้นหลังจากที่เขาเสียชีวิตไปนานแล้วโดยนักประวัติศาสตร์กรีกและโรมัน การกล่าวถึงอาร์คิมิดีสครั้งแรกปรากฏใน Histories ของพอลิเบียส (ประมาณ 200-118 ปีก่อนคริสตกาล) ซึ่งเขียนขึ้นประมาณ 70 ปีหลังจากการเสียชีวิตของเขา บันทึกนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอาร์คิมิดีสในฐานะบุคคลเพียงเล็กน้อย และเน้นไปที่เครื่องจักรสงครามที่เขาถูกกล่าวขานว่าสร้างขึ้นเพื่อปกป้องเมืองจากชาวโรมัน พอลิเบียสกล่าวถึงว่า ในช่วงสงครามพิวนิกครั้งที่สอง ซีรากูซาได้เปลี่ยนข้างจากสาธารณรัฐโรมันไปเข้ากับคาร์เธจ ส่งผลให้เกิดการรณรงค์ทางทหารภายใต้การบัญชาการของมาร์กุส เกลาดิอุส มาร์แก็ลลุส และอัปปิอุส เกลาดิอุส ปุลเคร์ ผู้ซึ่งปิดล้อมเมืองตั้งแต่ 213 ถึง 212 ปีก่อนคริสตกาล เขาบันทึกว่าชาวโรมันประเมินการป้องกันของซีรากูซาต่ำไป และกล่าวถึงเครื่องจักรหลายชิ้นที่อาร์คิมิดีสออกแบบ รวมถึงเครื่องยิงหินที่ได้รับการปรับปรุง เครื่องจักรคล้ายเครนที่สามารถเหวี่ยงเป็นวงโค้งได้ และเครื่องขว้างก้อนหินอื่นๆ แม้ชาวโรมันจะยึดเมืองได้ในที่สุด แต่พวกเขาก็ได้รับความสูญเสียอย่างมากจากความอัจฉริยะของอาร์คิมิดีส
กิแกโร (106-43 ปีก่อนคริสตกาล) กล่าวถึงอาร์คิมิดีสในงานเขียนบางชิ้นของเขา ขณะดำรงตำแหน่งขุนคลังในซิซิลี กิแกโรพบสิ่งที่สันนิษฐานว่าเป็นหลุมศพของอาร์คิมิดีสใกล้ประตูอกริเจจนทีนในซีรากูซา ซึ่งอยู่ในสภาพถูกทอดทิ้งและปกคลุมไปด้วยพุ่มไม้ กิแกโรสั่งให้ทำความสะอาดหลุมศพและสามารถมองเห็นภาพแกะสลักและอ่านบทกวีบางส่วนที่ถูกเพิ่มเป็นจารึกได้ หลุมศพมีรูปปั้นที่แสดงถึงการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ที่อาร์คิมิดีสชื่นชอบ นั่นคือปริมาตรและพื้นที่ผิวของทรงกลมเป็นสองในสามของทรงกระบอกที่บรรจุอยู่ รวมถึงฐานของทรงกระบอกด้วย เขายังกล่าวถึงว่ามาร์เซลลัสนำท้องฟ้าจำลองสองเครื่องที่อาร์คิมิดีสสร้างขึ้นกลับไปยังโรม นักประวัติศาสตร์โรมันลิวี (59 ปีก่อนคริสตกาล-17 ปีหลังคริสตกาล) เล่าเรื่องราวของพอลิเบียสเกี่ยวกับการยึดซีรากูซาและบทบาทของอาร์คิมิดีสในการนั้น
2.3. การเสียชีวิต

พลูทาร์ก (45-119 ปีหลังคริสตกาล) ให้เรื่องราวอย่างน้อยสองเรื่องเกี่ยวกับวิธีที่อาร์คิมิดีสเสียชีวิตหลังจากซีรากูซาถูกยึด ตามเรื่องราวที่เป็นที่นิยมที่สุด อาร์คิมิดีสกำลังครุ่นคิดถึงแผนภาพทางคณิตศาสตร์เมื่อเมืองถูกยึด ทหารโรมันคนหนึ่งสั่งให้เขามาพบมาร์เซลลัส แต่เขาปฏิเสธโดยกล่าวว่าเขาต้องทำงานแก้ปัญหาให้เสร็จ สิ่งนี้ทำให้ทหารโกรธจัด และเขาได้สังหารอาร์คิมิดีสด้วยดาบของเขา อีกเรื่องหนึ่งเล่าว่าอาร์คิมิดีสกำลังถือเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ก่อนที่จะถูกสังหาร เพราะทหารคิดว่ามันเป็นของมีค่า มาร์เซลลัสถูกกล่าวขานว่าโกรธมากกับการเสียชีวิตของอาร์คิมิดีส เนื่องจากเขาถือว่าอาร์คิมิดีสเป็นทรัพย์สินทางวิทยาศาสตร์ที่มีคุณค่า (เขาเรียกอาร์คิมิดีสว่า "ไบรอาเรอุสทางเรขาคณิต") และได้ออกคำสั่งว่าไม่ควรทำอันตรายเขา
คำพูดสุดท้ายที่เชื่อกันว่าอาร์คิมิดีสกล่าวคือ "อย่ากวนวงกลมของข้า" (Noli turbare circulos meosภาษาละติน; μὴ μου τοὺς κύκลους τάραττεภาษากรีก (ใหม่)) ซึ่งอ้างถึงภาพวาดทางคณิตศาสตร์ที่เขาถูกกล่าวหาว่ากำลังศึกษาอยู่เมื่อถูกทหารโรมันรบกวน ไม่มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าอาร์คิมิดีสกล่าวคำเหล่านี้จริง และไม่ปรากฏในบันทึกของพลูทาร์ก คำกล่าวที่คล้ายกันพบในงานของวาเลริอุส มักซิมุส (ประมาณ 30 ปีหลังคริสตกาล) ผู้เขียนใน Memorable Doings and Sayings ว่า "... sed protecto manibus puluere 'noli' inquit, 'obsecro, istum disturbare'ภาษาละติน" ("... แต่ปกป้องฝุ่นด้วยมือของเขา กล่าวว่า 'ข้าขอร้อง อย่ารบกวนสิ่งนี้'")
3. ผลงานทางคณิตศาสตร์
แม้ว่าเขาจะมักถูกมองว่าเป็นนักออกแบบเครื่องจักรกล แต่อาร์คิมิดีสก็มีส่วนสำคัญในสาขาคณิตศาสตร์ พลูทาร์กเขียนว่าอาร์คิมิดีส "ทุ่มเทความรักและความทะเยอทะยานทั้งหมดของเขาในการไตร่ตรองที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น ซึ่งไม่มีการอ้างอิงถึงความต้องการทางโลกของชีวิตเลย" แม้ว่านักวิชาการบางคนเชื่อว่านี่อาจเป็นการบรรยายที่ผิดเพี้ยนไป
3.1. วิธีการเกษียณและอนันต์
อาร์คิมิดีสสามารถใช้แนวคิดของกณิกนันต์ (ซึ่งเป็นแนวคิดตั้งต้นของอนันต์) ในลักษณะที่คล้ายคลึงกับแคลคูลัสเชิงปริพันธ์สมัยใหม่ ด้วยการพิสูจน์โดยการแย้ง (reductio ad absurdum) เขาสามารถให้คำตอบสำหรับปัญหาต่างๆ ได้ในระดับความแม่นยำที่กำหนดเองได้ พร้อมทั้งระบุขีดจำกัดที่คำตอบนั้นอยู่ เทคนิคนี้รู้จักกันในชื่อระเบียบวิธีเกษียณ และเขาใช้มันเพื่อประมาณพื้นที่ของรูปทรงและค่าπ
3.2. การคำนวณค่าพาย
ในงานเขียน Measurement of a Circle เขาทำได้โดยการวาดรูปหกเหลี่ยมปกติขนาดใหญ่กว่าอยู่นอกวงกลม จากนั้นวาดรูปหกเหลี่ยมปกติขนาดเล็กกว่าอยู่ภายในวงกลม และค่อยๆ เพิ่มจำนวนด้านของรูปหลายเหลี่ยมปกติแต่ละรูปเป็นสองเท่า โดยคำนวณความยาวของด้านแต่ละรูปในแต่ละขั้นตอน เมื่อจำนวนด้านเพิ่มขึ้น รูปหลายเหลี่ยมก็จะใกล้เคียงกับวงกลมมากขึ้น หลังจากสี่ขั้นตอนดังกล่าว เมื่อรูปหลายเหลี่ยมแต่ละรูปมี 96 ด้าน เขาสามารถกำหนดได้ว่าค่าของ π อยู่ระหว่าง 3 1/7 (ประมาณ 3.1429) และ 3 10/71 (ประมาณ 3.1408) ซึ่งสอดคล้องกับค่าจริงของมันที่ประมาณ 3.1416 เขายังพิสูจน์ด้วยว่าพื้นที่ของวงกลมเท่ากับ π คูณกับกำลังสองของรัศมีของวงกลม
3.3. เรขาคณิต
ในงานเขียน Quadrature of the Parabola อาร์คิมิดีสพิสูจน์ว่าพื้นที่ที่ถูกปิดล้อมด้วยพาราโบลาและเส้นตรงมีค่าเป็น 4/3 เท่าของพื้นที่สามเหลี่ยมที่อยู่ภายในที่สอดคล้องกัน ดังแสดงในรูปด้านขวา เขาแสดงผลลัพธ์ของปัญหานี้เป็นอนุกรมเรขาคณิตอนันต์ที่มีอัตราส่วนร่วม 1/4:
1 + 4-1 + 4-2 + 4-3 + ... = 4/3
หากพจน์แรกในอนุกรมนี้คือพื้นที่ของสามเหลี่ยม พจน์ที่สองคือผลรวมของพื้นที่ของสามเหลี่ยมสองรูปที่มีฐานเป็นเส้นตัดที่เล็กกว่าสองเส้น และจุดยอดที่สามคือจุดที่เส้นขนานกับแกนของพาราโบลาและผ่านจุดกึ่งกลางของฐานตัดกับพาราโบลา และเป็นเช่นนี้ไปเรื่อยๆ การพิสูจน์นี้ใช้การแปรผันของอนุกรม 1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + · · · ซึ่งมีผลรวมเป็น 1/3
3.4. คุณสมบัติของอาร์คิมิดีส
ในงานเขียน On the Sphere and Cylinder อาร์คิมิดีสตั้งสมมติฐานว่าปริมาณใดๆ เมื่อนำมาบวกกับตัวเองมากพอ จะเกินกว่าปริมาณใดๆ ที่กำหนดให้ วันนี้สิ่งนี้รู้จักกันในชื่อคุณสมบัติแบบอาร์คิมิดีสของจำนวนจริง
ใน Measurement of a Circle อาร์คิมิดีสให้ค่ารากที่สองของ 3 ว่าอยู่ระหว่าง 265/153 (ประมาณ 1.7320261) และ 1351/780 (ประมาณ 1.7320512) โดยค่าจริงคือประมาณ 1.7320508 ซึ่งเป็นการประมาณที่แม่นยำมาก เขาเสนอผลลัพธ์นี้โดยไม่ได้ให้คำอธิบายว่าเขาได้มาได้อย่างไร แง่มุมนี้ของผลงานของอาร์คิมิดีสทำให้จอห์น วอลลิสกล่าวว่าเขา: "ราวกับว่าตั้งใจที่จะปกปิดร่องรอยของการสอบสวนของเขา ราวกับว่าเขาอิจฉาคนรุ่นหลังในความลับของวิธีการสอบสวนของเขา ในขณะที่เขาต้องการบังคับให้พวกเขายอมรับผลลัพธ์ของเขา" เป็นไปได้ว่าเขาใช้วิธีการวนซ้ำเพื่อคำนวณค่าเหล่านี้
3.5. การนับเม็ดทราย
ในงานเขียน The Sand Reckoner อาร์คิมิดีสตั้งใจที่จะคำนวณจำนวนที่มากกว่าจำนวนเม็ดทรายที่จำเป็นในการเติมจักรวาลทั้งหมด การทำเช่นนั้น เขาได้ท้าทายแนวคิดที่ว่าจำนวนเม็ดทรายนั้นใหญ่เกินกว่าจะนับได้ เขาเขียนว่า:
"มีบางคน พระเจ้าเจโล ผู้คิดว่าจำนวนเม็ดทรายนั้นมีมากมายจนเป็นอนันต์ และข้ามิได้หมายถึงทรายที่มีอยู่ในซีรากูซาและส่วนที่เหลือของซิซิลีเท่านั้น แต่รวมถึงทรายที่พบในทุกภูมิภาคไม่ว่าจะมีคนอาศัยอยู่หรือไม่ก็ตาม"
เพื่อแก้ปัญหานี้ อาร์คิมิดีสได้คิดค้นระบบการนับที่อิงจากมีเรียด คำนี้มาจากภาษากรีก μυριάςGreek, Ancient ซึ่งหมายถึงจำนวน 10,000 เขาเสนอระบบจำนวนโดยใช้กำลังของมีเรียดของมีเรียด (100 ล้าน หรือ 10,000 x 10,000) และสรุปว่าจำนวนเม็ดทรายที่จำเป็นในการเติมจักรวาลทั้งหมดคือ 8 x 1063
3.6. งานเขียนหลัก (คณิตศาสตร์)
ผลงานทางคณิตศาสตร์หลักของอาร์คิมิดีสที่ยังคงอยู่ ได้แก่ ว่าด้วยการวัดวงกลม, การหาพื้นที่ของพาราโบลา, ว่าด้วยทรงกลมและทรงกระบอก, ว่าด้วยเส้นเกลียว, ว่าด้วยทรงกรวยและทรงกลม, ว่าด้วยเทหวัตถุลอย, โอสโตมาคิออน, ปัญหาเรื่องวัวของอาร์คิมิดีส, นักคำนวณทราย และ ระเบียบวิธีเกี่ยวกับทฤษฎีบทกลศาสตร์
4. ผลงานด้านฟิสิกส์และวิศวกรรม
อาร์คิมิดีสเป็นที่รู้จักในฐานะนักฟิสิกส์และวิศวกรผู้คิดค้นนวัตกรรมหลายชิ้นที่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อโลกยุคโบราณและยังคงมีอิทธิพลมาจนถึงปัจจุบัน ผลงานของเขาครอบคลุมตั้งแต่หลักการพื้นฐานทางกลศาสตร์ของไหลไปจนถึงการออกแบบเครื่องจักรกลที่ซับซ้อน
4.1. หลักการของแรงลอยตัว
เรื่องเล่าที่รู้จักกันแพร่หลายที่สุดเกี่ยวกับอาร์คิมิดีสคือการที่เขาคิดค้นวิธีหาปริมาตรของวัตถุที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ตามบันทึกของวิทรูเวียส พระเจ้าเฮียโรที่ 2 แห่งซีรากูซาทรงสั่งให้ทำมงกุฎสำหรับวัด โดยทรงจัดหาทองคำบริสุทธิ์ให้ อาร์คิมิดีสได้รับมอบหมายให้ตรวจสอบว่าช่างทองได้นำเงินมาผสมแทนทองคำบางส่วนหรือไม่โดยไม่ทำลายมงกุฎ ดังนั้นเขาจึงไม่สามารถหลอมมันให้เป็นรูปทรงปกติเพื่อคำนวณความหนาแน่นได้
ในเรื่องเล่านี้ อาร์คิมิดีสสังเกตขณะอาบน้ำว่าระดับน้ำในอ่างสูงขึ้นเมื่อเขาลงไป และตระหนักว่าผลกระทบนี้สามารถใช้เพื่อกำหนดปริมาตรของมงกุฎทองคำได้ เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ น้ำไม่สามารถบีบอัดได้ ดังนั้นมงกุฎที่จมลงไปจะแทนที่น้ำในปริมาณที่เท่ากับปริมาตรของมันเอง โดยการนำมวลของมงกุฎหารด้วยปริมาตรของน้ำที่ถูกแทนที่ จะสามารถหาความหนาแน่นของมันได้ หากมีการเพิ่มโลหะที่ราคาถูกกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่า ความหนาแน่นก็จะต่ำกว่าทองคำ อาร์คิมิดีสพบว่านี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น ซึ่งพิสูจน์ว่ามีการผสมเงินเข้าไป อาร์คิมิดีสรู้สึกตื่นเต้นกับการค้นพบนี้มากจนวิ่งออกไปตามถนนทั้งที่ยังเปลือยกาย ลืมแต่งตัว และร้องตะโกนว่า "ยูเรก้า!" (εὕρηκα!ภาษากรีก (ใหม่), heúrēka!, แปลว่า ฉันพบแล้ว!)
เรื่องราวของมงกุฎทองคำไม่ปรากฏในผลงานที่รู้จักของอาร์คิมิดีส ความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติของวิธีการที่อธิบายไว้ถูกตั้งคำถามเนื่องจากความแม่นยำอย่างยิ่งยวดที่จำเป็นในการวัดการแทนที่ของน้ำ อาร์คิมิดีสอาจแสวงหาวิธีแก้ปัญหาที่ประยุกต์ใช้หลักการอุทกสถิตศาสตร์ที่รู้จักกันในชื่อหลักการของอาร์คิมิดีส ซึ่งพบในตำราของเขาเรื่อง On Floating Bodies: วัตถุที่จมอยู่ในของไหลจะประสบกับแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่มันแทนที่ ด้วยหลักการนี้ เป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบความหนาแน่นของมงกุฎกับทองคำบริสุทธิ์โดยการถ่วงบนเครื่องชั่งกับตัวอย่างทองคำบริสุทธิ์ที่มีน้ำหนักเท่ากัน จากนั้นจุ่มอุปกรณ์ลงในน้ำ ความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างสองตัวอย่างจะทำให้เครื่องชั่งเอียงตามนั้น กาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้คิดค้นสมดุลสถิตยศาสตร์ของไหลในปี ค.ศ. 1586 โดยได้รับแรงบันดาลใจจากงานของอาร์คิมิดีส พิจารณาว่า "เป็นไปได้ว่าวิธีนี้เป็นวิธีเดียวกับที่อาร์คิมิดีสใช้ เนื่องจากนอกจากจะแม่นยำมากแล้ว ยังอิงจากการสาธิตที่อาร์คิมิดีสเองได้ค้นพบ"
4.2. กฎของคาน
แม้ว่าอาร์คิมิดีสจะไม่ได้เป็นผู้ประดิษฐ์คาน แต่เขาได้ให้การพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ของหลักการที่เกี่ยวข้องในงานเขียนของเขาเรื่อง On the Equilibrium of Planes คำอธิบายก่อนหน้านี้เกี่ยวกับหลักการของคานพบในงานของยูคลิดและใน Mechanical Problems ซึ่งเป็นของสำนักศึกษาเพริพาเททิก ซึ่งเป็นผู้ติดตามของอริสโตเติล การประพันธ์ซึ่งบางคนเชื่อว่าเป็นของอาร์คีตัส
มีรายงานหลายฉบับ ซึ่งมักจะขัดแย้งกัน เกี่ยวกับความสามารถของอาร์คิมิดีสในการใช้คานเพื่อยกวัตถุที่หนักมาก พลูทาร์กบรรยายถึงวิธีที่อาร์คิมิดีสออกแบบระบบรอกทดกำลัง ซึ่งช่วยให้ลูกเรือสามารถใช้หลักการของคานเพื่อยกวัตถุที่ปกติแล้วหนักเกินกว่าจะเคลื่อนย้ายได้ ตามบันทึกของพัพพัสแห่งอเล็กซานเดรีย งานของอาร์คิมิดีสเกี่ยวกับคานและความเข้าใจของเขาเกี่ยวกับความได้เปรียบทางกลทำให้เขากล่าวว่า: "หาที่ยืนให้ฉันสิ แล้วฉันจะเคลื่อนโลกให้" (δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κินάσωดอซ มอย ปา สโต ไค ตาน กาน คินาโซภาษากรีก (ใหม่)) โอลิมปิโอโดรุสผู้เยาว์ในภายหลังได้กล่าวอ้างคำพูดเดียวกันนี้กับสิ่งประดิษฐ์ของอาร์คิมิดีสที่เรียกว่า บารูลคอส ซึ่งเป็นเครื่องกว้านชนิดหนึ่ง มากกว่าจะเป็นคาน
4.3. สถิตยศาสตร์และอุทกสถิตศาสตร์
อาร์คิมิดีสมีส่วนร่วมอย่างกว้างขวางในสาขาสถิตยศาสตร์และอุทกสถิตศาสตร์ รวมถึงแนวคิดเรื่องจุดศูนย์กลางมวล ในงานเขียน On Floating Bodies เขาได้อธิบายกฎของสมดุลของของไหลและพิสูจน์ว่าน้ำจะคงรูปทรงเป็นทรงกลมรอบจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง ซึ่งอาจเป็นความพยายามที่จะอธิบายทฤษฎีของนักดาราศาสตร์กรีกร่วมสมัย เช่น เอราทอสเทนีส ที่ว่าโลกมีรูปร่างกลม ของไหลที่อาร์คิมิดีสบรรยายนั้นไม่ได้มีแรงโน้มถ่วงในตัวเอง เนื่องจากเขาสมมติฐานว่ามีจุดหนึ่งที่ทุกสิ่งตกลงไปหาเพื่อที่จะได้รูปทรงกลม
4.4. สิ่งประดิษฐ์
อาร์คิมิดีสได้ออกแบบสิ่งประดิษฐ์และกลไกต่างๆ ที่แสดงถึงความอัจฉริยะทางวิศวกรรมของเขา หลายสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้เพื่อตอบสนองความต้องการของเมืองซีรากูซาและเพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร
4.4.1. เครื่องสูบแบบเกลียว (Vít Archimedes / Archimedes' screw)

งานส่วนใหญ่ของอาร์คิมิดีสทางด้านวิศวกรรมน่าจะเกิดจากการตอบสนองความต้องการของบ้านเกิดของเขาคือเมืองซีรากูซา อะธีเนอุสแห่งเนาเครติสอ้างถึงมอสคิออนในคำบรรยายว่าพระเจ้าเฮียโรที่ 2 แห่งซีรากูซาทรงสั่งให้อาร์คิมิดีสออกแบบเรือขนาดยักษ์ชื่อ ไซราคูเซีย ซึ่งสามารถใช้สำหรับการเดินทางที่หรูหรา การขนส่งเสบียง และเป็นเครื่องแสดงอำนาจทางทะเล เรือไซราคูเซียถูกกล่าวขานว่าเป็นเรือที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างขึ้นในสมัยคลาสสิก และตามบันทึกของมอสคิออน อาร์คิมิดีสเป็นผู้ปล่อยเรือลงน้ำ เรือลำนี้เชื่อกันว่าสามารถบรรทุกคนได้ 600 คน และมีสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ เช่น สวน ห้องยิมเนเซียม และวิหารที่อุทิศแด่เทพีอโฟรไดท์ บันทึกยังกล่าวถึงว่า เพื่อกำจัดน้ำที่อาจรั่วซึมผ่านตัวเรือ อาร์คิมิดีสได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีใบพัดรูปเกลียวหมุนอยู่ภายในทรงกระบอก
เครื่องสูบแบบเกลียวของอาร์คิมิดีสถูกหมุนด้วยมือ และยังสามารถใช้ในการถ่ายโอนน้ำจากแหล่งน้ำที่ต่ำไปยังคลองชลประทานได้ ปัจจุบันเกลียวนี้ยังคงใช้ในการสูบของเหลวและของแข็งที่เป็นเม็ด เช่น ถ่านหินและเมล็ดพืช ตามที่วิทรูเวียสบรรยายไว้ อุปกรณ์ของอาร์คิมิดีสอาจเป็นการปรับปรุงปั๊มเกลียวที่ใช้ในการชลประทานสวนลอยแห่งบาบิโลน เรือไอน้ำลำแรกของโลกที่มีใบจักรแบบเกลียวคือ SS Archimedes ซึ่งเปิดตัวในปี ค.ศ. 1839 และตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่อาร์คิมิดีสและผลงานของเขาเกี่ยวกับเกลียว
4.4.2. เครื่องจักรสงคราม
อาร์คิมิดีสถูกกล่าวขานว่าได้ออกแบบกรงเล็บของอาร์คิมิดีสเพื่อเป็นอาวุธป้องกันเมืองซีรากูซา หรือที่รู้จักกันในชื่อ "เครื่องเขย่าเรือ" กรงเล็บประกอบด้วยแขนคล้ายเครนซึ่งมีขอเกี่ยวโลหะขนาดใหญ่แขวนอยู่ เมื่อกรงเล็บถูกปล่อยลงบนเรือที่โจมตี แขนจะเหวี่ยงขึ้น ยกเรือขึ้นจากน้ำและอาจทำให้เรือจม มีการทดลองสมัยใหม่เพื่อทดสอบความเป็นไปได้ของกรงเล็บ และในปี ค.ศ. 2005 สารคดีโทรทัศน์เรื่อง Superweapons of the Ancient World ได้สร้างกรงเล็บขึ้นมาและสรุปว่ามันเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริง
อาร์คิมิดีสยังได้รับเครดิตในการปรับปรุงพลังและความแม่นยำของเครื่องยิงหิน และในการประดิษฐ์มาตรวัดระยะทาง (odometer) ในช่วงสงครามพิวนิกครั้งที่หนึ่ง มาตรวัดระยะทางถูกบรรยายว่าเป็นรถเข็นที่มีกลไกฟันเฟืองที่ปล่อยลูกบอลลงในภาชนะหลังจากเดินทางไปได้ทุกหนึ่งไมล์
4.4.3. เครื่องมือทางดาราศาสตร์
อาร์คิมิดีสกล่าวถึงการวัดทางดาราศาสตร์ของโลก ดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์ รวมถึงแบบจำลองดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาลของอริสทาร์คัสแห่งซามอสในงานเขียน The Sand Reckoner โดยไม่ต้องใช้ตรีโกณมิติหรือตารางคอร์ด อาร์คิมิดีสกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางปรากฏของดวงอาทิตย์โดยการบรรยายขั้นตอนและเครื่องมือที่ใช้ในการสังเกต (แท่งตรงที่มีหมุดหรือร่อง) การใช้ปัจจัยการแก้ไขในการวัดเหล่านี้ และสุดท้ายให้ผลลัพธ์ในรูปของขีดจำกัดบนและล่างเพื่ออธิบายถึงข้อผิดพลาดในการสังเกต ปโตเลมี โดยอ้างถึงฮิปปาร์คัส ยังกล่าวถึงการสังเกตอายันของอาร์คิมิดีสใน Almagest สิ่งนี้ทำให้อาร์คิมิดีสเป็นชาวกรีกคนแรกที่รู้จักกันว่าได้บันทึกวันที่และเวลาของอายันหลายครั้งในหลายปีติดต่อกัน
De re publica ของกิแกโรแสดงภาพการสนทนาสมมุติที่เกิดขึ้นในปี 129 ปีก่อนคริสตกาล หลังจากที่ซีรากูซาถูกยึดในสงครามพิวนิกครั้งที่สอง มาร์กุส เกลาดิอุส มาร์แก็ลลุสถูกกล่าวขานว่านำกลไกสองชิ้นที่สร้างโดยอาร์คิมิดีสกลับไปยังโรม ซึ่งแสดงการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ห้าดวง กิแกโรยังกล่าวถึงกลไกที่คล้ายกันซึ่งออกแบบโดยทาเลสแห่งไมเลทัสและยูโดซุสแห่งคไนดัส บทสนทนากล่าวว่ามาร์เซลลัสเก็บอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งไว้เป็นของที่ยึดได้ส่วนตัวจากซีรากูซา และบริจาคอีกชิ้นหนึ่งให้แก่วิหารแห่งความบริสุทธิ์ในโรม กลไกของมาร์เซลลัสถูกสาธิต ตามที่กิแกโรกล่าว โดยไกอัส ซุพิซิอุส กัลลัสให้แก่ลูเชียส ฟูเรียส ฟิลุส ซึ่งบรรยายไว้ดังนี้:
: Hanc sphaeram Gallus cum moveret, fiebat ut soli luna totidem conversionibus in aere illo quot diebus in ipso caelo succederet, ex quo et in caelo sphaera solis fieret eadem illa defectio, et incideret luna tum in eam metam quae esset umbra terrae, cum sol e regione. - เมื่อกัลลัสเคลื่อนลูกโลก ดูเหมือนดวงจันทร์บนสิ่งประดิษฐ์สำริดนั้นจะเคลื่อนตามดวงอาทิตย์ไปหลายรอบเหมือนอย่างที่เกิดขึ้นบนท้องฟ้า ทั้งยังทำให้เกิดคราสบนทรงกลมดวงอาทิตย์เหมือนกับบนท้องฟ้าด้วย และดวงจันทร์ก็เคลื่อนมายังตำแหน่งที่ทำให้เกิดเงาบนโลก เมื่อดวงอาทิตย์มาอยู่ในแนวเดียวกัน
นี่คือคำบรรยายของท้องฟ้าจำลองขนาดเล็ก พัพพัสแห่งอเล็กซานเดรียรายงานเกี่ยวกับตำราที่สูญหายไปแล้วของอาร์คิมิดีสที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกลไกเหล่านี้ชื่อ On Sphere-Making งานวิจัยสมัยใหม่ในสาขานี้มุ่งเน้นไปที่กลไกอันติคือเธรา ซึ่งเป็นอุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งที่สร้างขึ้นประมาณ 100 ปีก่อนคริสตกาลซึ่งออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์ที่คล้ายคลึงกัน โดยนักวิชาการบางคนถือว่าอุปกรณ์ของอาร์คิมิดีสเป็นบรรพบุรุษ การสร้างกลไกประเภทนี้จำเป็นต้องมีความรู้ที่ซับซ้อนเกี่ยวกับเฟืองขับ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยคิดกันว่าอยู่นอกเหนือขอบเขตของเทคโนโลยีที่มีอยู่ในสมัยโบราณ แต่การค้นพบกลไกอันติคือเธราในปี ค.ศ. 1902 ได้ยืนยันว่าอุปกรณ์ประเภทนี้เป็นที่รู้จักของชาวกรีกโบราณแล้ว
4.4.4. สิ่งประดิษฐ์อื่น ๆ
ตามตำนานเล่าว่า อาร์คิมิดีสจัดเรียงกระจกเป็นจานสะท้อนแบบพาราโบลาเพื่อเผาเรือที่โจมตีซีรากูซาโดยใช้แสงอาทิตย์ที่รวมแสง แม้ว่าจะไม่มีหลักฐานร่วมสมัยที่ยังคงอยู่ของความสำเร็จนี้ และนักวิชาการสมัยใหม่เชื่อว่าสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น แต่อาร์คิมิดีสอาจเขียนงานเกี่ยวกับกระจกชื่อ Catoptrica และลูเชียนกับกาเลน ซึ่งเขียนในคริสต์ศตวรรษที่ 2 กล่าวถึงว่าระหว่างการล้อมซีรากูซา (214-212 ปีก่อนคริสตกาล) อาร์คิมิดีสได้เผาเรือศัตรู เกือบสี่ร้อยปีต่อมา แอนธีมิอุสแห่งทรอลเลส แม้จะสงสัย แต่ก็พยายามสร้างเรขาคณิตของกระจกสะท้อนแสงสมมุติของอาร์คิมิดีสขึ้นมาใหม่
อุปกรณ์ที่ถูกกล่าวอ้างนี้ บางครั้งเรียกว่า "รังสีความร้อนของอาร์คิมิดีส" เป็นหัวข้อของการถกเถียงอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของมันตั้งแต่ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา เรอเน เดส์คาร์ตส์ปฏิเสธว่าไม่เป็นความจริง ในขณะที่นักวิจัยสมัยใหม่พยายามสร้างผลกระทบนี้ขึ้นมาใหม่โดยใช้เพียงวิธีการที่อาร์คิมิดีสมีอยู่ในยุคนั้น ซึ่งส่วนใหญ่ให้ผลลัพธ์เชิงลบ มีการเสนอว่าแผงสำริดหรือทองแดงที่ขัดมันจำนวนมากที่ทำหน้าที่เป็นกระจกอาจถูกนำมาใช้เพื่อรวมแสงอาทิตย์ไปยังเรือ แต่ผลกระทบโดยรวมจะทำให้ลูกเรือของเรือตาพร่ามัว สว่างจ้า หรือทำให้เสียสมาธิมากกว่าที่จะทำให้เกิดเพลิงไหม้ การใช้วัสดุสมัยใหม่และขนาดที่ใหญ่ขึ้น เตารังสีแสงอาทิตย์ที่รวมแสงอาทิตย์สามารถเข้าถึงอุณหภูมิที่สูงมาก และบางครั้งก็ใช้ในการผลิตไฟฟ้า
5. งานเขียน
งานเขียนของอาร์คิมิดีสเขียนด้วยภาษากรีกดอริค ซึ่งเป็นภาษาถิ่นของซีรากูซาโบราณ งานเขียนหลายชิ้นของอาร์คิมิดีสไม่รอดมาถึงปัจจุบัน หรือยังคงอยู่เพียงในรูปแบบที่ถูกแก้ไขอย่างมาก มีตำราอย่างน้อยเจ็ดเล่มของเขาที่ทราบว่ามีอยู่เนื่องจากการอ้างอิงของนักเขียนคนอื่นๆ พัพพัสแห่งอเล็กซานเดรียกล่าวถึง On Sphere-Making และงานอื่นเกี่ยวกับรูปหลายเหลี่ยม ในขณะที่ธีออนแห่งอเล็กซานเดรียอ้างถึงข้อสังเกตเกี่ยวกับการหักเหจากงานที่สูญหายไปแล้วชื่อ Catoptrica
อาร์คิมิดีสทำให้ผลงานของเขาเป็นที่รู้จักผ่านการติดต่อกับนักคณิตศาสตร์ในอเล็กซานเดรีย งานเขียนของอาร์คิมิดีสได้รับการรวบรวมครั้งแรกโดยอิซิดอร์แห่งมิเลตุส สถาปนิกชาวกรีกไบแซนไทน์ (ประมาณ ค.ศ. 530) ในขณะที่งานวิจารณ์ผลงานของอาร์คิมิดีสที่เขียนโดยยูโตเซียสแห่งอัสคาลอนในศตวรรษเดียวกันช่วยให้งานของเขาเป็นที่รู้จักในวงกว้างเป็นครั้งแรก งานของอาร์คิมิดีสได้รับการแปลเป็นภาษาอาหรับโดยทาบิต อิบน์ กุรเราะห์ (ค.ศ. 836-901) และเป็นภาษาละตินผ่านภาษาอาหรับโดยเจอราร์ดแห่งครีโมนา (ประมาณ ค.ศ. 1114-1187) การแปลโดยตรงจากกรีกเป็นละตินในภายหลังทำโดยวิลเลียมแห่งมัวร์เบก (ประมาณ ค.ศ. 1215-1286) และยาโกโป ดา ซาน กัสเซียโน (ประมาณ ค.ศ. 1400-1453)
ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา Editio princeps (ฉบับพิมพ์ครั้งแรก) ได้รับการตีพิมพ์ในบาเซิลในปี ค.ศ. 1544 โดยโยฮันน์ แฮร์เวเกน ซึ่งมีผลงานของอาร์คิมิดีสทั้งในภาษากรีกและละติน
5.1. งานที่ยังหลงเหลืออยู่
ต่อไปนี้เรียงตามลำดับเวลาตามเกณฑ์ทางศัพท์และประวัติศาสตร์ใหม่ที่กำหนดโดย Knorr (1978) และ Sato (1986)
- ว่าด้วยการวัดวงกลม
เป็นงานสั้นๆ ประกอบด้วยสามบท เขียนในรูปแบบการสนทนากับโดซิเธอุสแห่งเพลูเซียม ผู้เป็นศิษย์ของโคนอนแห่งซามอส ในบทที่สอง อาร์คิมิดีสให้ค่าประมาณของπ โดยแสดงว่ามันมีค่ามากกว่า 223/71 (3.1408...) และน้อยกว่า 22/7 (3.1428...)
- นักคำนวณทราย
ในตำรานี้ หรือที่รู้จักกันในชื่อ Psammites อาร์คิมิดีสได้พบจำนวนที่มากกว่าจำนวนเม็ดทรายที่จำเป็นในการเติมจักรวาลทั้งหมด หนังสือเล่มนี้กล่าวถึงทฤษฎีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะที่เสนอโดยอริสทาร์คัสแห่งซามอส รวมถึงแนวคิดร่วมสมัยเกี่ยวกับขนาดของโลกและระยะห่างระหว่างเทหวัตถุต่างๆ และพยายามวัดเส้นผ่านศูนย์กลางปรากฏของดวงอาทิตย์ โดยใช้ระบบตัวเลขที่อิงตามกำลังของมีเรียด อาร์คิมิดีสสรุปว่าจำนวนเม็ดทรายที่จำเป็นในการเติมจักรวาลคือ 8 x 1063 ในสัญกรณ์สมัยใหม่ จดหมายนำเรื่องระบุว่าบิดาของอาร์คิมิดีสเป็นนักดาราศาสตร์ชื่อฟิเดียส The Sand Reckoner เป็นงานเขียนที่ยังคงเหลือรอดเพียงชิ้นเดียวที่อาร์คิมิดีสกล่าวถึงมุมมองของเขาเกี่ยวกับดาราศาสตร์
- ว่าด้วยดุลยภาพของระนาบ
มีสองเล่มใน On the Equilibrium of Planes: เล่มแรกมีสัจพจน์เจ็ดข้อและบทตั้งสิบห้าข้อ ในขณะที่เล่มที่สองมีสิบบทตั้ง ในเล่มแรก อาร์คิมิดีสพิสูจน์กฎของคาน ซึ่งระบุว่า:
"ขนาดอยู่ในสมดุลที่ระยะห่างผกผันกับน้ำหนัก"
อาร์คิมิดีสใช้หลักการที่ได้มาเพื่อคำนวณพื้นที่และจุดศูนย์กลางมวลของรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ รวมถึงสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยมด้านขนาน และพาราโบลา
- การหาพื้นที่ของพาราโบลา
ในงานเขียน 24 บทนี้ที่ส่งถึงโดซิเธอุส อาร์คิมิดีสพิสูจน์ด้วยสองวิธีว่าพื้นที่ที่ถูกปิดล้อมด้วยพาราโบลาและเส้นตรงมีค่าเป็น 4/3 เท่าของพื้นที่สามเหลี่ยมที่มีฐานและความสูงเท่ากัน เขาทำได้สำเร็จในหนึ่งในการพิสูจน์โดยการคำนวณค่าของอนุกรมเรขาคณิตที่มีผลรวมเป็นอนันต์ด้วยอัตราส่วน 1/4
- ว่าด้วยทรงกลมและทรงกระบอก
ในตำราสองเล่มนี้ที่ส่งถึงโดซิเธอุส อาร์คิมิดีสได้ผลลัพธ์ที่เขาภาคภูมิใจที่สุด นั่นคือความสัมพันธ์ระหว่างทรงกลมกับทรงกระบอกที่บรรจุอยู่ซึ่งมีความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน ปริมาตรของทรงกลมคือ 4/3πr3 และสำหรับทรงกระบอกคือ 2πr3 พื้นที่ผิวของทรงกลมคือ 4πr2 และสำหรับทรงกระบอกคือ 6πr2 (รวมฐานทั้งสองข้าง) โดยที่ r คือรัศมีของทรงกลมและทรงกระบอก
- ว่าด้วยเส้นเกลียว
งานเขียน 28 บทนี้ส่งถึงโดซิเธอุสด้วย ตำรานี้กำหนดสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่าวงก้นหอยของอาร์คิมิดีส มันคือโลกัสของจุดที่สอดคล้องกับตำแหน่งตลอดเวลาของจุดที่เคลื่อนที่ห่างจากจุดคงที่ด้วยความเร็วคงที่ตามแนวเส้นตรงที่หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ หรือเทียบเท่าในระบบพิกัดเชิงขั้วสมัยใหม่ (r, θ) สามารถอธิบายได้ด้วยสมการ r = a + bθ โดยที่ a และ b เป็นจำนวนจริง นี่เป็นตัวอย่างแรกๆ ของเส้นโค้งเชิงกล (เส้นโค้งที่เกิดจากจุดเคลื่อนที่) ที่นักคณิตศาสตร์กรีกพิจารณา
- ว่าด้วยทรงกรวยและทรงกลม
เป็นงานเขียน 32 บทที่ส่งถึงโดซิเธอุส ในตำรานี้ อาร์คิมิดีสคำนวณพื้นที่และปริมาตรของภาคตัดของกรวย ทรงกลม และพาราโบลอยด์
- ว่าด้วยเทหวัตถุลอย
มีสองเล่มใน On Floating Bodies ในเล่มแรก อาร์คิมิดีสอธิบายกฎของสมดุลของของไหลและพิสูจน์ว่าน้ำจะคงรูปทรงเป็นทรงกลมรอบจุดศูนย์กลางของแรงโน้มถ่วง สิ่งนี้อาจเป็นการพยายามที่จะอธิบายทฤษฎีของนักดาราศาสตร์กรีกร่วมสมัยกับเขา เช่น เอราทอสเทนีส ที่ว่าโลกมีรูปร่างกลม ของไหลที่อาร์คิมิดีสบรรยายนั้นไม่ได้มีแรงโน้มถ่วงในตัวเอง เนื่องจากเขาสมมติฐานว่ามีจุดหนึ่งที่ทุกสิ่งตกลงไปหาเพื่อที่จะได้รูปทรงกลม หลักการของอาร์คิมิดีสว่าด้วยการลอยตัวถูกระบุไว้ในงานเขียนนี้ โดยระบุว่า:
: วัตถุใดๆ ที่จมอยู่ในของไหลไม่ว่าทั้งหมดหรือบางส่วน จะประสบกับแรงต้านที่เท่ากันกับน้ำหนักของของไหลที่ถูกแทนที่ แต่เป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม
ในส่วนที่สอง เขาคำนวณตำแหน่งสมดุลของภาคตัดของพาราโบลอยด์ ซึ่งอาจเป็นการสร้างภาพอุดมคติของรูปทรงของท้องเรือ ภาคตัดบางส่วนของเขาลอยโดยมีฐานอยู่ใต้น้ำและยอดอยู่เหนือน้ำ คล้ายกับวิธีที่ภูเขาน้ำแข็งลอย
- โอสโตมาคิออน
หรือที่รู้จักกันในชื่อ Loculus of Archimedes หรือ Archimedes' Box นี่คือปริศนาจำแนกส่วนที่คล้ายคลึงกับแทนแกรม และตำราที่บรรยายถึงมันพบในรูปแบบที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในสมุดบันทึกของอาร์คิมิดีส อาร์คิมิดีสคำนวณพื้นที่ของชิ้นส่วน 14 ชิ้นที่สามารถประกอบกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส เรวีล เนตซ์ จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดโต้แย้งในปี ค.ศ. 2003 ว่าอาร์คิมิดีสพยายามที่จะกำหนดว่ามีกี่วิธีที่ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถประกอบกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสได้ เนตซ์คำนวณว่าชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถประกอบเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสได้ 17,152 วิธี จำนวนการจัดเรียงคือ 536 เมื่อไม่รวมวิธีแก้ปัญหาที่เทียบเท่ากันโดยการหมุนและการสะท้อน ปริศนานี้เป็นตัวอย่างของปัญหาแรกๆ ในคณิตศาสตร์เชิงการจัด
ที่มาของชื่อปริศนายังไม่ชัดเจน และมีการเสนอว่ามาจากคำภาษากรีกโบราณที่แปลว่า "ลำคอ" หรือ "หลอดอาหาร" คือ stomachos (στόμαχοςGreek, Ancient) เอาโซเนียสเรียกปริศนานี้ว่า Ostomachion ซึ่งเป็นคำประสมภาษากรีกที่มาจากรากศัพท์ของ ὀστέονGreek, Ancient (osteon, กระดูก) และ μάχηGreek, Ancient (machē, การต่อสู้)
- ปัญหาเรื่องวัวของอาร์คิมิดีส
ก็อตต์โฮลด์ อีฟราม เลสซิงค้นพบงานนี้ในต้นฉบับภาษากรีกซึ่งประกอบด้วยบทกวี 44 บรรทัดในห้องสมุดเฮอร์ซอก ออกัสต์ในโวลเฟินบึทเทิล ประเทศเยอรมนี ในปี ค.ศ. 1773 งานนี้ส่งถึงเอราทอสเทนีสและนักคณิตศาสตร์ในอเล็กซานเดรีย อาร์คิมิดีสท้าทายพวกเขาให้นับจำนวนวัวในฝูงวัวของเฮลิออสโดยการแก้สมการของไดโอแฟนทัสพร้อมกันหลายสมการ มีปัญหาในเวอร์ชันที่ยากกว่าซึ่งคำตอบบางส่วนต้องเป็นจำนวนกำลังสอง เอ. อัมทอร์เป็นคนแรกที่แก้ปัญหานี้ได้ในปี ค.ศ. 1880 และคำตอบเป็นจำนวนขนาดใหญ่มาก ประมาณ 7.760271 x 10206544
- ระเบียบวิธีเกี่ยวกับทฤษฎีบทกลศาสตร์
ตำรานี้เคยถูกคิดว่าสูญหายไปแล้วจนกระทั่งมีการค้นพบสมุดบันทึกของอาร์คิมิดีสในปี ค.ศ. 1906 ในงานเขียนนี้ อาร์คิมิดีสใช้แนวคิดกณิกนันต์ และแสดงให้เห็นว่าการแบ่งรูปทรงออกเป็นส่วนเล็กๆ จำนวนอนันต์สามารถใช้เพื่อกำหนดพื้นที่หรือปริมาตรได้อย่างไร เขาอาจพิจารณาว่าวิธีนี้ขาดความเข้มงวดในเชิงรูปแบบ ดังนั้นเขาจึงใช้ระเบียบวิธีเกษียณเพื่อหาผลลัพธ์ เช่นเดียวกับ ปัญหาเรื่องวัวของอาร์คิมิดีส ระเบียบวิธีเกี่ยวกับทฤษฎีบทกลศาสตร์ เขียนในรูปแบบของจดหมายถึงเอราทอสเทนีสในอเล็กซานเดรีย
5.2. งานที่สูญหาย
ผลงานของอาร์คิมิดีสที่รู้จักกันจากคำอ้างอิงของนักเขียนโบราณอื่นๆ เท่านั้น ได้แก่: On Sphere-Making และงานเกี่ยวกับรูปหลายเหลี่ยมที่กล่าวถึงโดยพัพพัสแห่งอเล็กซานเดรีย; Catoptrica งานเกี่ยวกับแสงที่กล่าวถึงโดยธีออนแห่งอเล็กซานเดรีย; Principles ที่ส่งถึงซีซิพพัสและอธิบายระบบตัวเลขที่ใช้ใน The Sand Reckoner; On Balances หรือ On Levers; On Centers of Gravity; และ On the Calendar
นอกจากนี้ยังมีการกล่าวอ้างว่าสูตรของเฮรอนสำหรับการคำนวณพื้นที่ของสามเหลี่ยมจากความยาวของด้านทั้งสามเป็นที่รู้จักของอาร์คิมิดีส แม้ว่าการปรากฏครั้งแรกของสูตรนี้จะอยู่ในงานของเฮรอนแห่งอเล็กซานเดรียในคริสต์ศตวรรษที่ 1 ผลงานอื่นๆ ที่น่าสงสัยว่าอาร์คิมิดีสเป็นผู้ประพันธ์ ได้แก่ บทกวีละติน Carmen de ponderibus et mensuris (คริสต์ศตวรรษที่ 4 หรือ 5) ซึ่งบรรยายถึงการใช้สมดุลสถิตยศาสตร์ของไหลเพื่อแก้ปัญหามงกุฎ และตำราในคริสต์ศตวรรษที่ 12 ชื่อ Mappae clavicula ซึ่งมีคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการทดสอบโลหะโดยการคำนวณความถ่วงจำเพาะของพวกมัน
5.3. สมุดบันทึกของอาร์คิมิดีส

เอกสารสำคัญที่สุดที่บรรจุผลงานของอาร์คิมิดีสคือสมุดบันทึกของอาร์คิมิดีส ในปี ค.ศ. 1906 ศาสตราจารย์ชาวเดนมาร์กโยฮัน ลุดวิก ไฮเบิร์กได้ไปเยือนคอนสแตนติโนเปิลเพื่อตรวจสอบหนังแพะ 174 หน้าที่เป็นบทสวดมนต์ ซึ่งเขียนขึ้นในคริสต์ศตวรรษที่ 13 หลังจากอ่านคำถอดความสั้นๆ ที่ตีพิมพ์เมื่อเจ็ดปีก่อนโดยปาปาโดปูลอส-เคราเมอุส เขาได้ยืนยันว่ามันเป็นสมุดบันทึกพาลิมเซสต์ ซึ่งเป็นเอกสารที่มีข้อความเขียนทับงานเก่าที่ถูกลบไป การสร้างพาลิมเซสต์ทำได้โดยการขูดหมึกออกจากงานที่มีอยู่แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งเป็นวิธีปฏิบัติทั่วไปในยุคกลาง เนื่องจากหนังลูกวัวมีราคาแพง งานเก่าในพาลิมเซสต์ถูกระบุโดยนักวิชาการว่าเป็นสำเนาของตำราที่สูญหายไปแล้วของอาร์คิมิดีสในคริสต์ศตวรรษที่ 10 แผ่นหนังนี้ใช้เวลาหลายร้อยปีในห้องสมุดของอารามในคอนสแตนติโนเปิลก่อนที่จะถูกขายให้กับนักสะสมส่วนตัวในคริสต์ทศวรรษ 1920 เมื่อวันที่ 29 ตุลาคม ค.ศ. 1998 มันถูกขายในการประมูลให้กับผู้ซื้อนิรนามในราคา 2.2 ล้านดอลลาร์
สมุดบันทึกพาลิมเซสต์มีตำราเจ็ดเล่ม รวมถึงสำเนาเดียวที่ยังคงอยู่ของ On Floating Bodies ในภาษากรีกดั้งเดิม มันเป็นแหล่งข้อมูลเดียวที่รู้จักของ The Method of Mechanical Theorems ซึ่งซุยดาสเคยกล่าวถึงและเคยคิดว่าสูญหายไปตลอดกาล Stomachion ก็ถูกค้นพบในพาลิมเซสต์ด้วย โดยมีการวิเคราะห์ปริศนาที่สมบูรณ์กว่าที่เคยพบในข้อความก่อนหน้านี้ สมุดบันทึกพาลิมเซสต์ถูกเก็บไว้ที่พิพิธภัณฑ์ศิลปะวอลเตอร์สในบัลติมอร์ รัฐแมริแลนด์ ซึ่งมีการทดสอบสมัยใหม่หลายอย่าง รวมถึงการใช้แสงอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์เพื่ออ่านข้อความที่ถูกเขียนทับลงไป
ตำราในสมุดบันทึกของอาร์คิมิดีสประกอบด้วย:
- ว่าด้วยดุลยภาพของระนาบ
- ว่าด้วยเส้นเกลียว
- ว่าด้วยการวัดวงกลม
- ว่าด้วยทรงกลมและทรงกระบอก
- ว่าด้วยเทหวัตถุลอย
- ระเบียบวิธีเกี่ยวกับทฤษฎีบทกลศาสตร์
- โอสโตมาคิออน
- สุนทรพจน์ของนักการเมืองในคริสต์ศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสตกาล ฮิปเปอไรเดส
- คำอธิบายเกี่ยวกับ Categories ของอริสโตเติล
- ผลงานอื่นๆ
6. มรดกและการประเมิน
อาร์คิมิดีสบางครั้งถูกเรียกว่าบิดาแห่งคณิตศาสตร์และฟิสิกส์คณิตศาสตร์ ซึ่งมีอิทธิพลอย่างกว้างขวางต่อคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์
6.1. อิทธิพลต่อคณิตศาสตร์และฟิสิกส์

นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์เกือบทั้งหมดเห็นพ้องต้องกันว่าอาร์คิมิดีสเป็นนักคณิตศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมที่สุดในสมัยโบราณ ตัวอย่างเช่น อีริก เทมเพิล เบล เขียนว่า:
"รายชื่อนักคณิตศาสตร์ "ผู้ยิ่งใหญ่" สามคนในประวัติศาสตร์ทั้งหมดจะต้องมีชื่อของอาร์คิมิดีสอยู่ด้วย อีกสองคนมักจะเกี่ยวข้องกับเขาคือไอแซก นิวตันและคาร์ล ฟรีดริช เกาส์ บางคนเมื่อพิจารณาความมั่งคั่ง-หรือความยากจน-ของคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์กายภาพในยุคที่ยักษ์ใหญ่เหล่านี้มีชีวิตอยู่ และประเมินความสำเร็จของพวกเขาเทียบกับภูมิหลังของยุคสมัยของพวกเขา อาจจะจัดให้อาร์คิมิดีสเป็นอันดับแรก"
ในทำนองเดียวกัน อัลเฟรด นอร์ท ไวต์เฮดและจอร์จ เอฟ. ซิมมอนส์กล่าวถึงอาร์คิมิดีสว่า:
"...ในปี ค.ศ. 1500 ยุโรปรู้จักน้อยกว่าอาร์คิมิดีสผู้เสียชีวิตในปี 212 ปีก่อนคริสตกาล..."
"หากเราพิจารณาสิ่งที่มนุษย์คนอื่นๆ บรรลุผลสำเร็จในคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ในทุกทวีปและทุกอารยธรรม ตั้งแต่เริ่มต้นกาลเวลาจนถึงคริสต์ศตวรรษที่ 17 ในยุโรปตะวันตก ความสำเร็จของอาร์คิมิดีสมีน้ำหนักมากกว่าทั้งหมด เขาเป็นอารยธรรมที่ยิ่งใหญ่ด้วยตัวเขาเอง"
เรวีล เนตซ์ ศาสตราจารย์ด้านคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์กรีกที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและผู้เชี่ยวชาญด้านอาร์คิมิดีสกล่าวว่า:
"ดังนั้น เนื่องจากอาร์คิมิดีสเป็นผู้นำมากกว่าใครๆ ในการก่อตั้งแคลคูลัส และเนื่องจากเขาเป็นผู้บุกเบิกการประยุกต์ใช้คณิตศาสตร์กับโลกทางกายภาพ จึงกลายเป็นว่าวิทยาศาสตร์ตะวันตกเป็นเพียงชุดของเชิงอรรถต่ออาร์คิมิดีส ดังนั้น จึงกลายเป็นว่าอาร์คิมิดีสเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดเท่าที่เคยมีมา"
เลโอนาร์โด ดา วินชีแสดงความชื่นชมต่ออาร์คิมิดีสซ้ำแล้วซ้ำเล่า และยกให้อาร์คิโตเนอร์เป็นสิ่งประดิษฐ์ของอาร์คิมิดีส กาลิเลโอ กาลิเลอีเรียกเขาว่า "เหนือมนุษย์" และ "อาจารย์ของฉัน" ในขณะที่คริสตียาน เฮยเคินส์กล่าวว่า "ฉันคิดว่าอาร์คิมิดีสไม่สามารถเทียบกับใครได้" โดยเลียนแบบเขาอย่างมีสติในผลงานช่วงแรกของเขา กอตต์ฟรีด วิลเฮ็ล์ม ไลบ์นิซกล่าวว่า "ผู้ที่เข้าใจอาร์คิมิดีสและอพอลโลเนียสแห่งเพอร์กาจะชื่นชมความสำเร็จของคนสำคัญในยุคหลังๆ น้อยลง" วีรบุรุษของเกาส์คืออาร์คิมิดีสและนิวตัน และโมริตซ์ คันเตอร์ ผู้ศึกษาภายใต้เกาส์ในมหาวิทยาลัยเกิททิงเงิน รายงานว่าเขาเคยกล่าวในการสนทนาว่า "มีนักคณิตศาสตร์ผู้สร้างยุคเพียงสามคนเท่านั้น: อาร์คิมิดีส, นิวตัน, และกอตต์โฮลด์ ไอเซนสไตน์"
นักประดิษฐ์นิโคลา เทสลายกย่องเขา โดยกล่าวว่า:
"อาร์คิมิดีสคืออุดมคติของฉัน ฉันชื่นชมผลงานของศิลปิน แต่ในความคิดของฉัน พวกมันเป็นเพียงเงาและภาพลวงตา นักประดิษฐ์ต่างหากที่ฉันคิดว่ามอบสิ่งที่จับต้องได้ สิ่งที่มีชีวิตและทำงานได้ให้กับโลก"
6.2. เกียรติยศและการระลึกถึง

นักเหรียญกษาปณ์และนักโบราณคดีชาวอิตาลี ฟิลิปโป ปารูตา (1552-1629) และ เลโอนาร์โด อาโกสตินี (1593-1676) รายงานเกี่ยวกับเหรียญสำริดในซิซิลีที่มีภาพเหมือนของอาร์คิมิดีสอยู่ด้านหน้า และรูปทรงกระบอกกับทรงกลมพร้อมกับอักษรย่อ ARMD ในภาษาละตินอยู่ด้านหลัง แม้ว่าเหรียญจะสูญหายไปแล้วและไม่ทราบวันที่ผลิตที่แน่นอน อีโว ชไนเดอร์บรรยายด้านหลังว่าเป็น "ทรงกลมที่วางอยู่บนฐาน - อาจเป็นภาพหยาบๆ ของหนึ่งในท้องฟ้าจำลองที่อาร์คิมิดีสสร้างขึ้น" และเสนอว่าอาจถูกผลิตในโรมสำหรับมาร์เซลลัส ผู้ซึ่ง "ตามรายงานโบราณ ได้นำท้องฟ้าจำลองสองลูกของอาร์คิมิดีสมาด้วยที่โรม"
มีหลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์ชื่อหลุมอุกกาบาตอาร์คิมิดีส (29.7, -4.0) เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา รวมถึงเทือกเขาบนดวงจันทร์ชื่อมอนเตส อาร์คิมิดีส (25.3, -4.6)

เหรียญฟิลด์สสำหรับความสำเร็จอันโดดเด่นในคณิตศาสตร์มีภาพเหมือนของอาร์คิมิดีส พร้อมกับการแกะสลักที่แสดงการพิสูจน์ของเขาเกี่ยวกับทรงกลมและทรงกระบอก จารึกรอบศีรษะของอาร์คิมิดีสเป็นคำพูดที่มาจากมาร์กุส มานิลลิอุส กวีในคริสต์ศตวรรษที่ 1 ซึ่งเขียนเป็นภาษาละตินว่า: Transire suum pectus mundoque potiri ("จงก้าวข้ามตนเองและเข้าใจโลก")
อาร์คิมิดีสปรากฏบนดวงตราไปรษณียากรที่ออกโดยเยอรมนีตะวันออก (ค.ศ. 1973), กรีซ (ค.ศ. 1983), อิตาลี (ค.ศ. 1983), นิการากัว (ค.ศ. 1971), ซานมารีโน (ค.ศ. 1982) และสเปน (ค.ศ. 1963)
คำอุทาน "ยูเรก้า!" ที่กล่าวอ้างถึงอาร์คิมิดีสเป็นคำขวัญประจำรัฐแคลิฟอร์เนีย ในกรณีนี้ คำนี้หมายถึงการค้นพบทองคำใกล้ซัตเตอร์ส มิลล์ในปี ค.ศ. 1848 ซึ่งจุดประกายยุคตื่นทองแคลิฟอร์เนีย