科學故事浮力的故事

浮力的故事

浸在流體內(nèi)的物體受到流體豎直向上的作用力叫作浮力，與重力的方向相反。浮力是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見到的一種自然現(xiàn)象中國研究浮力的歷史

在中國古代的書籍中，關(guān)于運用浮力現(xiàn)象的事情就有許多記載。如古籍《墨子·經(jīng)下》中記載：“形之大，其沉淺也，說在具。”“沉、形之衡也，則沉淺，非形淺也。若易五之一?！边@是全世界關(guān)于浮力的最早記載。比外國的大科學家阿基米德提出這一原理，還要早200多年。

早在殷商之前，我國古代人民對浮力就有深入的觀察，并從中受到啟發(fā)，學會在生產(chǎn)和生活中應用浮力。他們由漂在水上的樹葉、木頭想到可以做船在水上航行，到殷商時已由制獨木船發(fā)展到由木板組成大的船體。這是我國最早的木船。

周朝以后，浮力得到進一步應用，不僅木船宜普遍使用，還學會了將很多船連在一起，上鋪木板架成浮橋。周朝以后，各個朝代都修過不少浮船。不僅在小河上能架設浮橋，在黃河、長江這樣的大河流上也多次架設過浮橋。據(jù)記載，蒙古與南宋作戰(zhàn)時僅在馬湖，清江一帶就“立浮橋廾余所”可見浮橋在那時已很普遍了。

我國漢代曾發(fā)明過一種做軍事信號用的燈籠，它用很輕的竹篾扎成框架、用紙糊嚴，只在下面留口，在燈籠的下面放一個小碟。盛上松脂，點燃松紙時，燈籠扎就能騰空而起，飛向天空。

浮力在中國古代受到了非常廣泛的應用，史書上留下了許多關(guān)于浮力的故事。如《三國志》卷二十《魏書·鄧哀王沖傳》里的記載：三國時期，曹操的兒子曹沖非常聰明。有一次，別人送給曹操一頭大象，他很高興，領著百官大臣和兒子曹沖一同去看大象。這頭大象又高又大，身子像堵墻，腿像四根柱子。官員們一邊看一邊議論道：這頭大象到底有多重呢？曹操聽后，要人稱出這頭大象的重量來。許多文武大臣都束手無策。正在這時，曹操的兒子曹沖突然想出了一個好辦法。

他叫人把大象趕到一艘大船上，在船下沉的地方，沿水面在船舷上畫一條線。然后把大象拉到岸上，往船里裝石頭，直到船舷又下沉到那條線為止。最后，他又叫人稱石頭的重量，知道石頭的重量后，大象有多重也就很清楚了。曹沖稱象的這種辦法，正是運用了浮力的原理。

在中國古代的歷史上，還有比曹沖稱象更早的有關(guān)浮力的故事：東周時期的燕昭王有一只大豬，他命司衡官用桿秤稱豬的重量。結(jié)果，折斷了10桿秤，豬的重量還沒有稱出來。他又命水官用浮舟稱，才得到了豬的重量。這是世界上最早用浮力稱東西的記載。

中國歷史上運用浮力辦事除了用船稱物外，還有用船起重。這也是中國人的一項重大發(fā)明。如公元1041年至1048年間，因河水暴漲，蒲津大橋被毀壞，8只加固舟墩的重達幾萬斤的鐵牛被沖入河中。20年后，工程力學家懷丙運用水的強大浮力，把這8只非常重的鐵牛全部打撈了起來。懷丙創(chuàng)造的這種用浮力打撈沉重物體的辦法，曾在600年后的16世紀，被意大利數(shù)學家卡爾達諾用來打撈沉船。阿基米德與浮力的故事

在古希臘，有一位偉大的科學家和工程師，名叫阿基米德。他被譽為物理學、數(shù)學、工程學等領域的鼻祖之一，曾經(jīng)留下了許多驚天動地的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。

公元前245年，赫農(nóng)王命令阿基米德鑒定一個皇冠。赫農(nóng)王給金匠一塊金子讓他做一頂純金的皇冠。做好的皇冠盡管與先前的金子一樣重，但國王還是懷疑金匠摻假了。

他命令阿基米德鑒定皇冠是不是純金的，但是不允許破壞皇冠。這似乎是件不可能的事情。在公共浴室內(nèi)，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。這時他腦中閃現(xiàn)出一絲模糊的想法。他把胳膊完全放進水中全身放松，這時胳膊又浮到水面上。

他站了起來，浴盆四周的水位下降；再坐下去時，浴盆中的水位又上升了。他躺在浴盆中，水位則變得更高了，而他也感覺到自己變輕了。他站起來后，水位下降，他則感覺到自己重了。一定是水對身體產(chǎn)生向上的浮力才使得他感到自己輕了。

他把差不多一樣大的石塊和木塊同時放入浴盆，浸入水中。石塊下沉到水里，但是他能感覺到石塊變輕了。而且，他必須要向下按著木塊才能把它完全浸沒水中。這表明在下沉的情況下，浮力與物體的排水量（物體體積）有關(guān)，而不與物體重量有關(guān)。相同質(zhì)量下，物體在水中感覺有多重一定與它的密度（物體單位體積的質(zhì)量）有關(guān)。

阿基米德因此找到了解決國王問題的方法，問題關(guān)鍵在于密度。如果皇冠里面含有其他金屬，它的密度會不相同，在重量相等的情況下，這個皇冠的體積是不同的。把皇冠和等重的金子放進水里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皇冠排出的水量比金子的大，這表明皇冠是摻假的。最重要的是，阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力原理，即水對物體的浮力等于物體所排出水的重量。