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第12章 阿基米德由洗澡得出浮力定律

阿基米德(公元前287~公元前212),是希腊最具有现代精神的伟大的数学家和物理学家。他把数学推理和科学实验结合起来,不仅发现了浮力定律,还完善了杠杆原理。他对科学真理孜孜以求,在自己的生命安全受到严重威胁的时候仍然专心科学研究,置生死于度外,他的这种精神一直为后人所敬仰。其中浮力定律的发现却是由一件趣事引起的。

传说叙拉古国王亥厄洛,因为打了几次胜仗就有点飘飘然,命金匠打制一顶纯金的王冠。新王冠做得十分精巧,纤细的金丝密密地织成了各种花样,大小也正合适,国王十分高兴。但转念一想:我给了工匠15两黄金,会不会被他们私吞了几两呢?因此,马上叫人拿秤来称,结果不多不少正好15两。但这时一个大臣出来说:“重量一样不等于黄金没有少,万一金匠在黄金中掺进了银子或其他东西,重量可以不变,但王冠已不是纯金的了。”国王听后觉得很有道理,但有什么办法能既不损坏王冠又知道其中是否掺了银子呢?国王把这个难题交给了阿基米德。

阿基米德欣然领命,因为解决种种难题正是他的志趣所在,越是难题,才越有滋味。

可是,不损伤王冠就不能取样跟纯金比较,也不能用试金石查检金的纯度。从表面看,是无法看出金子纯度的,该怎样判定王冠的黄金纯度呢?阿基米德思来想去,一直想不出正确的判定方法来。一连几个星期,他茶饭不思,简直被这个难题迷住了。

但是,有问题总得解决呀,阿基米德心力交瘁,觉得总这样也不是办法,还是先调节一下身心,再继续研究吧。于是,他叫来仆人,吩咐给自己准备洗澡水,洗上一个澡。

大概是阿基米德好久没招呼仆人替他准备洗澡水了,仆人这一次把浴盆里的水加得太满了。

阿基米德一条腿刚伸进去,水便溢出盆来,再伸进一条腿,水又漫出来一点,等到洗好澡,盆里的水已经浅了一层。这时候,再把腿伸进盆去,那水却不再溢出来,即使全身都浸泡在盆里,水也没有溢出一点儿。

看到这种现象,阿基米德思索了这么多日子的问题突然明朗起来。看样子,物体进入水中,一定会排出与体积相等的水,那么,体积越大排开的水一定就越多了。如果把与王冠等重的纯金浸入水中,它排出的水是一定的,如果王冠里掺了别的金属,那些金属的体积一定比纯金大,那么肯定会多排出一些水,两相对比,王冠里有没有假,不就很清楚了吗?

想到这里,阿基米德一阵欣喜,跳出浴盆开始检验自己的设想,他用各种金属放进水盆,计算溢出的水。得出的结论跟自己的想法完全相同,这时,他觉得解决王冠的问题已经成熟,便带着必要的仪器进了王宫,准备测试一下王冠是否真由纯金所制。

宫殿里,阿基米德请亥厄洛取来纯金,称出跟王冠等重的一块,放进满满一盆水中,这时候,盆中的水开始溢出盆外,阿基米德小心将这些水放进杯中,然后放在天平的一端。接着又把王冠也用同样方法浸出水来,放到天平的另一端,这时候,全体在场的人都清清楚楚看到,王冠所排出的水显然比纯金的多,天平公正地倾向了一方。

阿基米德向亥厄洛国王禀报:“金匠一定在纯金里掺了比金轻的金属,因此王冠的体积会比纯金大一点,因此排出的水便比同样重量的纯金多。”在事实面前,金匠只得承认自己确实是偷了国王的纯金。

称王冠的案子结束了,阿基米德完成了作为一名宫廷顾问必须完成的任务,但是,作为一名科学家,他觉得还没有尽自己应尽的职责。沿着用排出液体多少称量物体这条思路,他继续研究下去,终于总结出了有关浮力的原理:浸在液体中的物体会受到向上的浮力,这种浮力的大小等于物体排开的液体的重量。这就是着名的浮力定律。

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