阿基米德——由洗澡得出浮力定律
——由洗澡得出浮力定律
阿基米德(前287—前212),是希腊最伟大的数学家和物理学家。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。但一位大臣说:“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王冠是否掺了银子呢?国王把这个难题交给了阿基米德。
阿基米德欣然领命。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,一直想不出判定方法来。一连几个星期,他茶饭不思。
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,他吩咐给自己准备洗澡水。
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,盆里的水已经少了一些。这时候,他再把腿伸进盆去,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,阿基米德突然明朗起来。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,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偷了国王的纯金。
阿基米德沿着用排出液体多少称量物体这条思路继续研究,终于得出结论: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。这就是著名的浮力定律。