也说浮力
古希腊后期,特别是在亚里士多德之后,人们已经意识到以当前的眼界和能力,无法对自然界给出一个完整的解释,所以很多自然哲学家开始专著于某一个或某几个领域进行研究。在诸多的杰出人物中,阿基米德是最为杰出的人物之一,他在力学,数学上颇有建树,浮力的故事在中国几乎是家喻户晓。
也许是因为人类的早期文明离不开水的原因,人们很早就注意到了水的浮力,并了解了它的基本原理。中国对浮力的应用在历史上也有不少的故事。在这些故事中,曹冲称象的故事大家是耳熟能详了。按陈寿《三国志》记载:冲少聪察,生五六岁,智意所及,有若成人之智。时孙权尝致巨象,太祖欲知其斤重,访之群下,咸莫能出其理。冲曰:置象大船之上,而刻其水痕所至,称物以载之,则校可知矣。太祖大悦,即施行焉。上述故事简化到物理原理,可以用浮在水面上的物体,所受的浮力等于排开液体所受的重力。体积在这里是用船的吃水线粗略估计的,对于大象来说,虽然这种方法会带来误差,但是相对误差并不是很大。
虽然这个故事还有其它的版本,但是至少我们知道,第一,曹冲大约在五六岁的年纪就知道利用排开水体积相同时,所受浮力相同的原理进行称象;第二,这个原理按逻辑来说,应该是已经被发现了的,虽不至妇儒皆知,但是至少应该是在书上有所记载的,不然很难解释为什么一个五六岁左右的小孩能够利用这个方法。排水量现在仍然是船舶载重的一个衡量术语。
另一个对浮力利用的故事是怀丙用浮力打捞铁牛,事情发生在北宋治平三年初夏(公元1066年)。“宋河中府浮梁,用铁牛八维之,一牛且数万斤。治平中,水暴涨绝梁,牵牛,没于河,募能出之者。真定僧怀丙以二大舟实土,夹牛维之,用大木为权衡状钩牛,徐去其土,舟浮牛出。转运使张焘以闻,赐之紫衣。”
这个故事则是浮力原理的反用,利用浮力将铁牛打捞上来。这种方法实际上和当今打捞沉船的方法如出一辙。只不过把载沙的船,换成了巨型浮筒,通过浮筒的注水和排水实现相同的过程。打捞如此,运输也是一样的,比如半潜船(Semi-submersible ships)也称半潜式母船,是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙门吊、预制桥梁构件等超长超重,但又无法分割吊运的超大型设备的特种海运船舶(百度)。
科学的发展,始终还是缘于人们需要解决的问题,浮力的研究,在东西方的出现,实际上也是有着重要的应用背景,这在现在仍然有着重要的参考价值。