祖沖之的故事:不斷進行科學探討的祖沖之

不斷進行科學探討的祖沖之

祖沖之出生在公元429年,正當南北朝劉宋王朝時代。他是個偉大的數學家、天文學家和物理學家,有許多卓越的成就,其中之一就是圓周率的計算。

圓周率就是圓周的長度和直徑的長度的比。這是一個無限不循環的小數,也就是說它是個沒完沒了的小數,各位數字的變化又沒有規律。通常在計算的時候,我們把圓周率定為3?郾1416,這個數字實際上比圓周率稍微大一點。祖沖之在一千五百年以前就確定,圓周率在3?郾1415926至3?郾1414927之間,比3?郾1416精確得多。在他之後一千年,阿拉伯數學家才打破了這個精確程度的記錄。

計算圓周率是一件很不容易的事。我們知道,在一個圓裡內接正多邊形,計算這個正多邊形的總的邊長,就可以得到圓周的近似值。正多邊形的邊數越多,總的長跟圓周就越是接近。祖沖之必須從圓的內接正六邊形開始,先算內接正十二邊形的邊長,再算出內接正二十四邊形的邊長,再算內接正四十八形的邊長……邊數一倍又一倍地增加,一共翻十一翻,直到算出了內接正一萬二千二百八十邊形的邊長,才能得到這樣精密的圓周率。

內接正多邊形的邊數翻十翻,看起來好像還 簡單,其實不然。邊數每翻一翻,至少要進行七次運算,其中除了加和減,有兩次是乘方、兩次是開方。祖沖之算出來的結果有六位小數點,估計他在運算的過程中,小數至少要保留十二位。加和減還 好辦,十二位小數的乘方、尤其是開方,運算起來極其麻煩。祖沖之要是沒有熟練的技巧和堅強的毅力,是無法完成這上百次的繁難複雜的運算的。

在祖沖之以前,已經有人提出圓周率跟π相近似。祖沖之把π叫做「疏率」,提出了另一個圓周率的近似值π,作為「密率」,因為它更加精密,跟圓周率更相接近了。過了一千年,德國人奧托和荷蘭人安托尼茲才先後提出π這個圓周率的近似值,歐洲人當時不知道祖沖之已經提出了「密率」,在他們寫的數學史上,把它叫做「安托尼茲」。日本數學家主張把π稱為「祖率」,這是十分公允的。

祖沖之計算出圓周率後名聲響了起來,結果被宋明帝派到一個落後的窮縣當縣令。祖沖之上任後經常外出觀察,一次他看到農民用腳踏碓舂米的情形,覺得既累又慢,便立即與老農商量,請來木匠、石匠,做了一個以立式水輪為動力的水碓。

試車成功了,村民們在一旁歡呼雀躍。祖沖之卻在一旁思考:如果能做個水碓磨,既能舂米又能磨面不是更好嗎?經過反覆實踐,改進,水碓磨車終於試製成功了,這其中包含著力水、槓桿、凸輪的原理。

後來,祖沖之又被調到京城任職。當時的達官貴人為出門顯示排場與威風,紛紛指令手下工匠製造指南車。祖沖之經過精心研究和設計,再利用精確圓周率計算,在車前做了個銅鑄齒輪盤,隨便車子怎麼轉,車上的銅人總是指著南方。

祖沖之就是這樣不斷地進行科學探索。他的科學成就,在我國科學技術發展史上,將永遠放射光芒。他的刻苦學習、認真鑽研、勇於創造和堅持真理的精神,是值得我們學習的。

想一想:祖沖之是誰?他最早計算出了什麼,比其他國家早了多少年,他涉獵了哪幾個科學領域,他有哪方面是值得我們學習的?

《幼兒故事》