아르키메데스 : 유레카

오늘은 철학자, 수학자, 천문학자, 물리학자이자 발명가인 아르키메데스에 대해 알아보겠습니다. 

아르키메데스의 생애

아르키메데스는 기원전 287년경에 현재의 이탈리아 남서부에 있는 시칠리아섬의 시라쿠스에서 태어났으며, 그의 아버지는 수학자였으며 그래서 아르키메데스도 어려서부터 수학적인 지식과 교육을 받았습니다. 하지만 어릴 적 아르키메데스는 수학자보다도 창의적인 발명가로 이름을 날렸습니다. 특히 그는 생활에 필요한 다양한 물건들을 만드는 데 재능이 있었습니다. 대표적으로 나선을 응용해 만든 펌프가 있는데 현재 이집트 농촌에서 아직도 관개에 널리 쓰일 만큼 뛰어난 기계입니다. '아르키메데스의 나선식 펌프'로 불리는 이 기구는 나선을 응용해 만든 일종의 양수기로, 배에 고인 물을 퍼올리거나 밭에 물을 댈 때 널리 사용되었습니다. 그의 발명은 다 수학적 원리에 기초를 두고 있어 실용수학의 아버지라고 불리고 있습니다. 

아르키메데스는 기원전 212년경 제2차 포에니 전쟁 중에 사망하였습니다. 당시 로마의 장군 마르쿠스 클라우디우스 마르켈루스는 2년 동안의 공방전 끝에 시라쿠사를 점령하였습니다. 아르키메데스의 사망 원인은 여러 설이 있습니다. 로마 군인이 아르키메데스에게 찾아와 마르켈루스를 접견하라고 명령하였으나 문제를 푸는 도중이라고 거절하여 살해되었다는 얘기도 있고, 아르키메데스가 들고 있던 해시계, 구와 같은 도구가 보물로 오인되어 약탈 병사에 의해 살해되었다는 설도 있습니다. 마르켈루스 장군은 도시를 함락하면서 부하들에게 아르키메데스의 안전을 당부하였기 때문에 그의 사망 소식에 격분하였다고 합니다.

아르키메데스의 일화

대표적으로 우리가 알고 있는 "유레카"에 대한 이야기가 있습니다.

불규칙한 물체의 부피를 측정하는 방법을 발견한 것입니다. 이에 대해 비트루비우스는 다음과 같이 기록하고 있습니다. 히에론 2세는 금 세공사에게 순금을 주어 신에게 바칠 금관을 만들게 하였습니다. 완성된 금관을 받은 히에론 2세는 은이 섞인 것이 아닌가 의심하였으나 확인할 여지가 없어 아르키메데스에게 의뢰하였습니다. 아르키메데스는 사람이 욕조에 들어가면 물이 차오르는 것에 착안하여 '물질'의 '밀도'에 따라 '비중'이 다르다는 것을 발견하였습니다. 즉 서로 다른 물질은 같은 무게라 할지라도 차지하는 부피가 다르므로 물통에 집어넣었을 때 서로 다른 비중을 가지게 됩니다. 욕조에 몸을 담그고 목욕을 하던 중에 이것을 깨닫게 된 아르키메데스는 옷을 입는 것도 잊고 뛰쳐나와 “유레카(찾았다)”를 외쳤다고 합니다. 왕관과 같은 무게의 금을 비교한 실험으로 아르키메데스는 금 세공사가 속임수를 썼다는 것을 증명할 수 있었습니다. 다면체가 갖는 '부력'에 대한 정리는 '아르키메데스의 원리'로 알려져 있습니다. 이 일화는 아르키메데스의 창의력과 집중력을 상징하는 순간으로, 그의 발명과 수학적인 업적에 대한 이야기에서 자주 언급되는 재미있는 일화입니다.

아르키메데스의 업적

1. 아르키메데스 금관

위의 일화에서 언급한 일화와 관련된 업적인데요. 아르키메데스 금관은 아르키메데스가 발견한 원리를 설명하기 위해 사용된 장치입니다. 이 장치는 부력의 원리를 시각적으로 보여주는 역할을 합니다. 

아르키메데스 금관은 장치의 밑부분에 물을 담는 그릇이 있고, 금관이 물에 떠 있는 형태로 되어 있습니다. 금관을 완전히 물속에 잠기도록 하고, 그릇에 있는 물의 양을 측정합니다.
아르키메데스는 금관이 완전히 물에 잠기면서 발생하는 부력이 그릇에 있는 물의 양과 같은 양이라는 것을 발견했습니다. 이를 통해 아르키메데스는 그릇에 있는 물의 양을 측정하여 왕관에 사용된 귀금속의 양을 확인할 수 있었습니다.
이렇게 아르키메데스 금관은 부력의 원리를 시각적으로 보여주며, 그릇에 있는 물의 양과 금관의 물에 잠긴 부분의 양이 동일하다는 것을 증명합니다. 이러한 원리를 통해 아르키메데스는 왕관의 귀금속 사용을 검증할 수 있었으며, 이는 그의 창의력과 과학적인 발견 중 하나로 인정받고 있습니다.
아르키메데스 금관은 부력의 원리를 이해하고 활용하는 데 큰 역할을 하였으며, 현대의 과학적인 연구에서도 부력의 원리를 실험적으로 증명하는 장치로 사용되고 있습니다.

2. 아르키메데스 거울

아르키메데스 거울은 아르키메데스가 발명한 것으로 전해지는 렌즈 혹은 거울입니다. 이는 태양의 빛을 집중시켜 불을 일으킬 수 있는 도구여서 도시의 공격 방어 수단으로 사용되었던 것으로 알려져 있습니다.
아르키메데스는 이 거울을 사용하여 로마군의 함선을 공격하는 데 활용했을 것으로 추정됩니다.
이 거울은 태양의 빛을 반사하고 집중시켜 함선을 포함한 물체를 가열시킬 수 있었습니다. 태양의 빛이 거울의 표면에 집중되면, 그 집중된 열은 매우 강력해져서 함선의 나무나 석재 등을 불태울 정도로 높은 온도로 상승시킬 수 있었습니다.
하지만 아르키메데스 거울에 대한 실제적인 증거나 상세한 설명은 현존하지 않습니다. 그래서 이 거울의 정확한 형태나 작동 원리에 대해서는 알 수 없는 부분이 많습니다. 현대의 연구와 실험들은 이러한 거울의 효과를 재현하고자 하지만, 아르키메데스가 사용했을 정확한 디자인이나 재료에 대해서는 알 수 없습니다.

3. 아르키메데스 지레

아르키메데스의 생애에서도 언급한 발명품인 아르키메데스의 지레는 수중에서 물을 올리기 위해 사용되는 장치로, 주로 배수 작업에 활용됩니다. 이 지레는 나선형의 구조를 가지고 있으며, 구조의 한쪽 끝은 수중에 위치하고 다른 한쪽 끝은 높은 위치에 있습니다. 지레가 회전함에 따라 나선형 구조의 끝부분이 물을 잡아서 위로 이동하고, 그로 인해 물이 위쪽으로 향하는 효과가 발생합니다. 이는 중력을 이용하여 물을 효율적으로 올릴 수 있는 방법 중 하나입니다.

4. 아르키메데스 도르래

아르키메데스의 도르래는 로프와 블록을 사용하여 무거운 물체를 들어 올리거나 움직이는 데 사용되는 장치입니다. 도르래는 고정된 축 주위에 회전하는 원반과 이를 둘러싸고 있는 로프와 블록으로 구성됩니다. 로프와 블록을 통해 힘을 전달하면, 도르래는 회전하면서 물체에 가해진 힘을 증폭시켜 물체를 들어 올리거나 움직일 수 있게 합니다. 이는 힘을 효과적으로 이용하여 작업을 수행하는 데 도움을 줄 수 있는 기계적인 장치입니다.

 

아르키메데스는 수학을 기반으로 다양한 발명품들을 만들어 냈습니다. 학문으로서의 수학이 아닌, 실생활에서 큰 도움이 되는 실용 수학의 선구자라 할 수 있습니다.

여기까지 아르키메데스의 생애, 아르키메데스의 일화, 아르키메데스의 업적에 대해 알아보았습니다.