不光地球是圓的,宇宙中的大部分天體都是圓的。看見過荷葉上圓圓的水珠沒有?液體物質在自身的引力下必然要收縮成球形,這就是宇宙間最基本的物理法則,只有收縮成球形才能達到這個物體內部的引力的平衡。換句話說,當這個物體內部引力平衡之后,必然會成為球形。因為球形是最完美、最穩定的。所謂的圓滿就是這個意思。舉例說,在微重力的空間站上,水流出來后就會自動收縮成球形的。地球在誕生初期也是熾熱的液體星球,因此在自身的引力下就自然而然地收縮成了球形。甚至于當一個天體足夠大,即便是固體物質組成的,它也會在自身的引力或重力下,逐漸坍縮成球狀物體。所以,宇宙中的大型天體大多都是球狀體的就是這個道理!
“在空間內一中同長謂之球。” 集合定義:(1)在空間中到定點的距離等于或小于定長的點的集合叫做球體,簡稱球。 (2)在空間中到定點的距離等于定長的點的集合叫做球面即球的表面。 (3)定點叫球的球心,定長叫球的半徑。
球體積的計算是個相當復雜的問題。在《九章算術》中,球的體積公式相當于(是球的直徑)。這是一個近似公式,誤差很大。張衡曾V=916dd3經研究了這個問題,但沒有得到更好的結果。劉徽發現了《九章算術》少廣章所說的球與其外切圓柱的體積之比為π∶4的結論是錯誤的,并正確指出球與“牟合方蓋”(兩個底半徑相同的圓柱垂直相交,其公共部分稱為“牟合方蓋”)的體積之比才是π∶4,把對于球體積問題的研究推進了一大步,但他沒有能夠解決牟合方蓋體積的計算問題。二百年后,祖沖之和他的兒子祖暅才在這個問題上取得了突破。祖暅,字景爍,曾任梁朝員外散騎侍郎、太府卿、南康太守、材官將軍、奉朝請等,也是南北朝時期著名的數學家和天文學家,著有《漏刻經》一卷,《天文錄》三十卷等,均已失傳。有的文獻記載說《綴術》也是他所著,說他還曾參加阮孝緒編著《七錄》的工作。祖沖之父子推算出牟合方蓋的體積等于,從而得到正確的球體積公式233dV=16d=3π,徹底解決了球體積的計算問題。由于當時用圓周率π,227因此他們的球體積公式為。祖氏父子在推導牟合方蓋體積公式的V=11213d過程中,提出了“冪勢既同,則積不容異”(即二立體如果在等高處截面的面積相等,則它們的體積也必定相等)的原理。現在一般把這個原理稱為“祖暅原理”。在西方,17世紀意大利數學家卡瓦列里重新提出這個原理,即被稱為“卡瓦列里公理”,這個原理成為后來創立微積分學的重要的一步
阿基米德(公元前287—前212年)在數學上的成就很多,其中他最感興趣的是關于球體積公式的推導,他為了找到球體積的計算方法,先用一個空心的等邊圓柱(就是圓柱底面圓的直徑正好等于圓柱的高)的容器,里面裝滿了水。然后把一個直徑等于這個圓柱高的球輕輕放進容器,再小心地把溢出的水收集起來,量出水的體積就是球的體積。他經過多次這樣的實驗,發現球的體積正好等于圓柱容器體積的。因為圓柱的體積是已知的,從而推導出球的體積公式。
阿基米德非常重視這個發現,囑咐別人在他死后,能在他墓碑上刻上這個圖形。這就是上面所提到的古墳墓碑上所刻的圖案。