Исследовательская работа "История возникновения циркуля"

Исследовательская работа

«История возникновения циркуля»

Введение.

Циркуль знаком каждому человеку со школы - на уроках геометрии, черчения нельзя обойтись без этого инструмента для рисования окружностей и дуг. Кроме того, его используют для измерения расстояний, например, на картах, его применяют в геометрии и для навигации.

Применяется циркуль и в медицине: например, большой и малый толстотные циркули применяются для измерения поперечных размеров тела человека и для измерения размеров черепа соответственно, а циркуль-калипер используется для измерения толщины подкожно-жировой складки. Также известен циркуль Вебера, немецкого психофизиолога и анатома, разработанный им для определения порога кожной чувствительности.

“Сговорились две ноги делать дуги и круги" - это загадка про циркуль, который нужен сегодня ученым, инженерам, учителям, студентам и школьникам. Оказывается, циркуль - древний инструмент. Название свое он получил от латинского слова циркулюс, что значит круг, окружность.

Сейчас уже нельзя сказать, кто именно изобрел этот инструмент - история не сохранила для нас его имя, но легенды Древней Греции приписывают авторство Талосу, племяннику знаменитого Дедала, первого «воздухоплавателя» древности.  Древнейшие циркули находят среди развалин старейших городов. Например, циркули с железными ножками были обнаружены среди пепла, что засыпал 1800 лет назад древнеримский город Помпею. О том, что человек пользуется циркулем очень давно, свидетельствуют рисунки с изображением ровных, правильных окружностей на храмах, куполах домов, посуде.

В настоящее время существует множество различных циркулей. Самый простой наш помощник - одноногий циркуль, который имеет смешное название козья ножка.

Циркуль - измеритель очень похож на обычный, только обе его ноги имеют иголочки. Такой циркуль нужен для проведения точных измерений. Есть циркули большие, например штангенциркуль, который помогает инженерам проводить огромные окружности.

           Кроме того, циркуль является символом неуклонной и беспристрастной справедливости, совершенной фигурой круга с центральной точкой, источником жизни.

Цели и задачи

Цель:

• собрать и систематизировать исторический материал о возникновении                                                                                                                                                              и  развитии циркуля;

Задачи:

• Изучить историю возникновения циркуля
• Познакомиться с основными видами циркуля
• Развивать навыки самостоятельного получения информации из различных источников.

Циркуль – один из первых инструментов и одно из древнейших изобретений человека. Но много ли мы знаем об истории циркуля? Как он изменялся и в каком качестве использовался? И всегда ли он выглядел так, как мы привыкли его видеть? Оценить древность использования любого инструмента можно по археологическим находкам

На сооружениях практически всех древних цивилизаций были обнаружены следы использования циркуля.

Время изобретения циркуля неизвестно. Сам принцип описывания окружности с помощью двух равноотстоящих меток (предметов) возник еще во времена каменного века. Окружности можно было описывать и с помощью надломанной или согнутой ветки, и с помощью натянутой гибкой лианы или травинки, и с помощью палки с двумя сучками. Круги могли быть размечены и группой взявшихся за руки людей... А самый простой «циркуль» – это расставленные пальцы человеческой руки, которые применялись и в рисовании дуг, и в измерениях. Главный принцип – постоянное расстояние между двумя точками инструмента – мог быть реализован по-разному. И нарисовать окружность можно различными по внешнему виду инструментами.

Известно, что в Древней Греции математики уже в VI–V веках до н.э. пользовались циркулями. Возможно, одно из древнейших изображений такого циркуля, известное историкам, найдено в Китае. Мифические прародители китайцев Фу-Си и Нюй-Ва держат в руках геометрические инструменты: угольник и циркуль.

Со времени возникновения геометрических методов древности циркуль является символом знания и тяги к образованию. Например, после изобретения книгопечатания издавались многочисленные занимательные книжки с картинками. И циркуль на них частый гость – как символ знания, мудрости и стремления к учебе.

Самый древний из найденных циркулей, датированный I веком н.э., был обнаружен археологами во Франции. Он представляет собой металлическую рогульку, с помощью которой, возможно, процарапывались или размечались небольшие окружности.

Подобные найденному во Франции циркулю инструменты широко использовались и во многих других регионах мира для создания так называемых «циркульных» орнаментов на изделиях из дерева, кости, рога и др.

На раскопках в Великом Новгороде были обнаружены металлические циркули-резцы для нанесения циркульных (состоящих из окружностей и дуг) узоров на дерево или кость. Они похожи на древний циркуль, найденный во Франции.

Циркульные узоры были распространены во всех древних цивилизациях. На территории России в самых разных районах обнаружены предметы с такими узорами.

В тех случаях, когда окружности правильные, практически всегда можно заметить в их центре отметку от острия рисующего инструмента – циркуля.

          В Греции существовала легенда о том, что Талоc (ученик и племянник Дедала) изобрёл гончарный круг, а также приспособление для черчения окружностей...»

Циркули существовали задолго до возникновения греческих государств. Изобретение металлических циркулей можно отнести ко времени появления у человека первых бронзовых изделий. Дело в том, что изготовление предметов из металла, их ковка предполагают наличие клещей (и эти инструменты как атрибуты ремесленника часто встречаются на древних египетских и греческих изображениях). Но ведь конструкция клещей и циркуля практически одинакова! Кроме того, многочисленные медицинские (хирургические) инструменты, в том числе пинцеты, древние ножницы пружинного и шарнирного вида, которые обнаруживаются археологами в самых разных уголках мира, – всё это тоже близкие «родственники» циркуля.

То есть циркуль был известен задолго до начала становления греческой цивилизации.

Много более совершенных разнообразных бронзовых инструментов, в том числе и циркулей, было найдено в развалинах Помпеи.

Итак, циркуль был известен человеку с древнейших времен. Но всегда ли он был таким – с двумя ножками? Ясно, что принцип действия циркуля – это постоянное расстояние между двумя его точками. И этот принцип можно реализовать по-разному, поэтому исторически циркули были трёх основных видов, и предназначены они были для выполнения трёх основных операций – рисования окружностей и дуг, измерения и разметки.

Все мы привыкли воспринимать циркуль как инструмент с двумя ножками- стержнями, закреплёнными шарнирным соединением. Но истории известны и другие конструкции циркулей. Это верёвочные циркули (два стержня, связанных бечевой), штангенциркули (закреплённые на одной балке параллельные стержни) и всем знакомые кронциркули или циркули с головкой (две ножки-стержня, шарнирно соединённые головкой). К семейству кронциркулей относятся также «пропорциональные» и «совершенные» циркули.

Самый простой тип циркуля – это верёвочный циркуль, т.е. верёвка с отмеченными на ней (чаще всего узлами) расстояниями или с закреплёнными на концах стержнями. Такие инструменты использовались, например, в Древнем Египте при разметке земельных участков после очередного разлива Нила. Несмотря на свою примитивность, верёвочный циркуль используется и сейчас – там, где надо нарисовать дугу очень большого радиуса (например, при разметке спортивных арен) или там, где использование «жёсткого» циркуля неудобно – их часто можно увидеть и в руках садовников.

Другой вид циркуля – это штангенциркуль, или циркуль, короткие ножки которого могут передвигаться вдоль размеченной планки (штанги) – естественное усовершенствование верёвочного циркуля. С помощью штангенциркуля можно измерять не только наружную толщину предмета, но и внутренний диаметр отверстий, и их глубину. Сейчас движущуюся планку металлического штангенциркуля часто оснащают винтом, чтобы иметь возможность фиксировать расстояния более точно. Измерительные штангенциркули оснащаются электронной аппаратурой и могут измерять предметы с потрясающей точностью.

Но лучше всего нам знаком циркуль с двумя шарнирно соединёнными ножками, или кронциркуль (циркуль с головкой).

Для измерений применяются циркули с прямыми и изогнутыми ножками – такая форма удобна для измерения внутренних размеров через небольшое отверстие или для измерения толщины широких пластин в разных их местах.

        Разновидностью циркуля являлось и большинство навигационных инструментов; всем известный секстант – это тоже кронциркуль со специфическими шкалами.

С древнейших времён существовали и пропорциональные циркули.

Они предназначались для пропорционального изменения в заранее заданном отношении размеров измеряемого или проектируемого объекта. Один из таких циркулей был найден в Помпейских развалинах. По такому же принципу можно сделать и циркуль-«многоножку», которым можно откладывать сразу несколько отрезков, находящихся в заданном отношении.

         Снабжение циркулей разнообразными и позволяющими решать многочисленные задачи шкалами превратило циркуль в измерительно-вычислительный инструмент, или «пропорциональный циркуль»

Но был в истории циркуля и ещё один загадочный персонаж. Это – одна из модификаций кронциркуля – «совершенный» или эллиптический циркуль, созданный в античности для вычерчивания гипербол, парабол и эллипсов, и реконструированный арабоязычными учёными в X веке.

Появление инструментов для рисования так называемых конических сечений (эллипса, гиперболы и параболы) относится ко временам древнегреческой математики.

 «Совершенный циркуль» несложно смастерить из двух «козьих ножек» – и убедиться, что им очень неудобно пользоваться. Математики мусульманского Востока реконструировали и исследовали совершенный циркуль.

Циркуль в течение многих столетий был основным инструментом математика, механика, инженера, ремесленника. Размеры циркулей менялись от миниатюрного циркуля ювелира до полуметровых и более циркулей каменщиков. Основным его применением стали разметка (построение чертежей) и измерение.

А как обстояло дело в России?

Основным измерительным инструментом при возведении зданий на Древней Руси являлись специально размеченные измерительные шесты – мери´ла. Но у наших предков уже в IX веке имелись и различные металлические инструменты: щипцы, клещи, ножницы и пинцеты. Жители Древней Руси умели делать сложные замки´, а для этого надо было уметь производить достаточно точные измерения и переносить размеры с модели на изготавливаемую деталь. По этим данным можно судить о наличии у них циркулей.

Наиболее известный материал по истории культуры нашей страны – это иконы. Если внимательно присмотреться, то на большинстве русских икон можно увидеть следы процарапанных на основе иконы окружностей – намеченных контуров нимбов изображённых персонажей. О том, каким инструментом процарапывались эти контуры на православных иконах, мы можем судить по мозаичному изображению виллы Эвстолия в Курионе (Кипр).

Но циркуль на Руси был не только инструментом учёного. В XV–XVII веках учёт земельных угодий вёлся в соответствии с правилами о начислении податей в зависимости от количества и качества земли. Видимо, уже тогда началось использование землемерных циркулей раствором в одну сажень (около 1,5–2 метров); сейчас землемерные циркули обычно имеют раствор 1 или 2 метра.

В древности на Руси циркуль назывался «кружало», а современное его название происходит от немецкого Zirkel или польского Cyrkiel и вошло в русский язык в петровские времена.

      Согласно геральдической традиции, циркуль символизирует равенство, мудрость и осторожность.

Видимо, впервые как символ конкретной личности циркуль появился на эмблеме Христофора Платэна– испанского издателя французского происхождения.

Издатель украшал книги циркулем с девизом «Labore et constantia» – «Труд и постоянство».

С развитием связей России с Европой циркуль становится геральдическим символом и в нашей стране. В подражание западным традициям начинают создаваться гербы дворянских родов, на них появляется и циркуль. Причем циркуль с поднятыми вверх ножками символизирует масонство, а прямой угол циркуля – твердость и прямоту обладателя герба.

В XX веке циркуль часто встречается как символ знания в гербах поселений, учебных заведений и предприятий. В социалистической символике циркуль ассоциировался с трудовой интеллигенцией, и даже предполагалось его использование в гербе СССР.

Сохранились многочисленные образцы местных денег периода первых послереволюционных лет, украшенных в том числе и изображением циркуля.

Позднее циркуль был помещен на герб ГДР.

А на памятной монете 2000 г., посвящённой С.В. Ковалевской, циркуль символизирует математику.

Казалось бы, циркуль – скучный и невзрачный инструмент... А сколь богата его история и значительно влияние на развитие нашей цивилизации!

Заключение

При работе над данной темой я узнала много нового о происхождении циркуля, об истории возникновения и  значении его в повседневной жизни.        

Говоря словами Г.В. Лейбница, "кто хочет ограничиться настоящим без знания прошлого, тот никогда его не поймет", я убеждаюсь в этом еще раз. Главное, чтобы исторические сведения гармонично вписывались в современный урок - урок XXI века. XXI век - это век телевидения, компьютеров и компьютерных сетей. На первый план выходит научно-исследовательская деятельность учеников, которая должна привить нам навыки самообразования.

Список литературы:

1. Научно – методический журнал «Полином», №3, 2009г.
2. Математический энциклопедический словарь, М. «Советская энциклопедия», 1998.
3.  Энциклопедия «Я познаю мир», М. Аст, 1997.
4. Письменный Д. Конспект лекций по высшей математике, М. «Айрис пресс»,2005.
5. Рыбников К. А. История математики- М.: Изд-во МГУ, 1974
6. Юшкевич А.П. История математики в России- М.: Наука, 1968
7.  Интернет.