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- 1、浮力定律与王冠之谜
- 2、浮力定律(阿基米德定律浮力)
1、浮力定律与王冠之谜
浮力定律是由阿基米德发现的。阿基米德是古希腊杰出的数学和力学奠基人,自幼聪颖好学,是一位善于观察思考并重理论与实践相结合的科学家。他对待科学研究的态度是勇于革新、勇于创造而又严肃认真,曾在几何学、静力学以及机械的民明创造方面都取得了巨大的成就。不幸的是在公元前212年,叙拉古被罗马军队占领,正在沙地上画着几何图形思考问题的阿基米德被闯进来的无知的罗马士兵杀死,终年75岁。
阿基米德原理:浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体所受重力。即F浮=G液排=ρ液gV排(V排表示物体排开液体的体积、F表示物体于气体和液体浮力)。
关于浮力定律的发现还流传着一个有趣的故事。相传古希腊的希洛王叫工匠做一顶纯金王冠。金王冠做得极其精致,可是有人告发说,工匠在制作王冠时将一些银子偷换了一些金子。国王叫阿基米德想办法在不损害王冠的情况下测出王冠里是否掺了假。于是,阿基米德便冥思苦想考虑如何解决这个难题。
有一天,他到澡堂去洗澡。当他躺进澡盆时,发现自己身体越往下沉,盆里溢出的水就越多。而他则感到身体越轻。突然阿基米德欣喜若狂地跳出了澡盆,甚至忘记了穿衣服就直奔王宫,边跑边喊:“找到了,找到了!”
他又利用数学计算,确定了王冠中掺了银子的质量,而且质量与工匠换来的金子一样。也有人认为,阿基米德分别称出浸在水中的金、银和王冠的重量,由此测定了它们在水中减少的重量,从这些数据中他艰难地找到了答案。
阿基米德发现浮力定律雕塑
阿基米德找到了什么?
阿基米德找到的不仅是鉴定金王冠是否掺假的方法,而且是重要的科学原理,即浸没于水中的物体受到一个向上的浮力,浮力的大小等于它所排开水的重量,据此计算了金和银的含量。因为重量相同的物体,密度大的体积就小。金的密度大于银,因而金块和银块同重时,金块的体积必然小于银块体积,如把同重的金块和银块放入水中,那么金块排出的水就比银块排出的水少,而王冠排出的水在这两者之间,这就证明了王冠不是纯金的。
密 度
在物理学中,把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。符号ρ(读作r4u)。国际主单位为单位为千克/米3,常用单位还有克/厘米3。其数学表达式为ρ=m/V。在国际单位制中,质量的主单位是千克,体积的主单位是立方米,于是取1立方米物质的质量作为物质的密度。对于非均匀物质则称为“平均密度”。
密度是反映物质特性的物理量,物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质,人们往往感觉密度大的物质“重”,密度小的物质“轻”一些,这里的“重”和“轻”实质上指的是密度的大小。
质量是物体所含物质的多少。所含物质减少,所以质量减少。密度是物质的一种特性,它不随质量、体积的改变而改变,同种物质的密度不变.密度是物质的一种特性,它只与物质的种类和物质的状态有关,与质量、体积等因素无关,不同的物质,密度一般是不相同的,同种物质的密度则是相同的。
2、浮力定律(阿基米德定律浮力)
浮力定律(阿基米德原理浮力)
让我们从一个小问题开始:
有一个小池塘,里面漂浮着一只载着石头的船。如果往池塘里放石头,池塘的水位会有什么变化?是上升,下降,还是不变?
这是一道简单的中学物理题,涉及到浮力定律的知识,而今天的文章就是介绍浮力定律的由来以及一些比较深刻的思想。
公元前287年,阿基米德出生在意大利西西里的雪城。由于他的才华和高贵的出身,他被送到当时的文化中心亚历山大,与几位数学家(如大数学家欧几里德的学生埃拉托·塞塞)一起学习。这一学习经历为阿基米德日后的成就奠定了基础。
相传,有一次雪城的国王想铸造一顶纯金的王冠,于是他请了中国的工匠来完成这个任务。但当王冠完成后,国王怀疑王冠是否掺假,说是纯金,但如何证明呢?如果里面混合了一些其他的金属呢?
所以国王命令大臣们解决这个问题,因为他们知道人类的科学水平已经落后了两千多年。然而,这个简单的问题让所有人都束手无策,于是他想到了当时伟大的科学家阿基米德(阿基米德也是国王的亲戚),请他帮忙解决这个问题。
要知道皇冠是否掺假,最直接的就是切皇冠,看它的内部状况,但之后皇冠就会被毁掉。显然,这种是行不通的,那么我们还有什么其他可以在不破坏皇冠的情况下知道皇冠是否掺假呢?虽然阿基米德很有学问,但这个问题也让他坐立不安。
随着向国王报告的日期越来越近,这个问题的解决方案仍然不确定。经过多日不眠之夜,阿基米德的胡子和衣服都脏了,于是阿基米德决定先洗个澡,然后向国王说明情况。
阿基米德沉思着走进浴桶。正当他慢慢躺下,看着浴缸的水慢慢从桶里溢出时,他以为溢出的水的体积等于他身体浸入水中的体积。突然阿基米德愣住了,跳下水桶,朝宫殿跑去,大喊:找到了!我找到了!
来到宫殿的阿基米德高兴地对国王说,我终于找到了问题的关键。所以让身边的侍从拿三样东西,即金、冠、银,这三样东西的质量是相等的。然后,带三壶水,放入水中。只有三盆水溢出。阿基米德让侍从把三个溢出的水分别捡起来,并问国王和大臣们:你们看到这三壶水有什么不同吗?大家回答:没什么区别,只是三份水的体积不同。
阿基米德笑了:是的,这三卷水都不一样,这正好说明皇冠不是纯金做的,而是和其他金属混在一起的。
阿基米德进一步解释:我们都知道,每种物质都有自己的密度,金和银的密度是不同的。在质量相等的情况下,不同的密度反映在物体的不同体积上,这很容易理解。一个物体放入水中,必然会占据一部分水的体积,这个体积自然就是物体本身浸入水中的体积,也是溢出水的体积。
知道了这一点,我们就可以判断皇冠是否掺假了,因为我带来的金块和皇冠一样重,因为都是黄金,所以每个人的密度都是一样的,所以体积也是一样的。然后放入水中后,溅出的水体积应该是一样的,但事实并非如此,所以只能说明皇冠不是纯金做的。
听到这个解释,国王和公众都表示敬意。这个真的很高。
然而,阿基米德并没有就此止步。毕竟他只是用了一个物体排出的水的体积等于自己浸入的水的体积这个常识。物体在水中的浮力与什么有关?
研究发现,当阿基米德沉入水中时,如果用天平在水中称量物体,会发现它的重量比空空气中的重量减轻了,减轻的重量正好等于溢出的水的重量。
经过多次实验,阿基米德提出了著名的浮力定律:物体在液体中的浮力等于它所排开的液体的重量。
以上就是阿基米德发现浮力定律的故事。虽然这个故事的真实性值得怀疑,但浮力定律最早是由阿基米德提出的,并在他的《浮体论》一书中进行了解释。
然而,这篇文章还没有结束。在前几段,我们也说了一些比较深刻的思想。那么这是什么思维呢?我们先来看一个典故。
相传三国时期,有人给曹操进贡。曹操和其他官员从未见过这种动物。看着巨大的身躯,他们想知道这头大象的重量。但是,因为大象的体型太大,通常使用的秤无法称重,大家都很困惑。
这时,曹操的小儿子曹冲说:我有个主意。
把大象带到一个小湖,准备一条船,让大象先上船。这时,船会下沉并在上面雕刻水位。之后,将大象移出,向船上添加石块,当船再次下降到之前雕刻的水位时,停止添加石块。这时,船上石头的总重量就是大象的重量。
不得不说曹冲的真的很高明,所以这个故事经常出现在孩子们对物种的通俗阅读中。然而,值得人们对这个故事进行深度思考的,并不是其中的秘密原理,而是关键点:既然我们古代有曹冲这个大象,为什么没有发现浮力定律呢?
有人说曹冲的形象是虚构的故事,但这不是问题的焦点。毕竟我们的文明有几千年的历史,曹冲在形象表现上绝对不可能只用一种。换句话说,相当于古人无数次用浮力解决问题,但为什么他们不总是总结出一个清晰明了的浮力定律呢?
说白了,这个问题其实就是著名的李约瑟难题:近代科学为什么没有在中国产生?说得好听点,从经验到本质科学原理,中间缺了哪一环?首先可以肯定的是,我们古人绝对不缺智慧,不然哪里谈得上五千年灿烂文明?
在这种情况下,到底是什么导致了我们虽然有着巨大的经验储备,但是为什么现代科学没有从中国发展起来呢?
本文到此结束。
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