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從中科院物理研究所的彩繪井蓋說起

從中科院物理研究所的彩繪井蓋說起

張艷兵

2018年5月20日,年輕人都在熱烈的日子裡表達「我愛你」,中科院物理研究所展示了24個彩繪井蓋,井蓋做的很美麗,我今天就從一個恐龍坐木塊水上漂的井蓋說起吧。

事情發生在公元前212年,在一個叫徐拉古斯國的國王,一個偉大的數學家,在臨死之前,對羅馬士兵說:「我的朋友,等我畫完這個圈圈再殺我的頭」。士兵還是一刀砍下去了。

《偉大科學家的生活傳記》,

公元前245年,國王希羅命給了他的珠寶工匠一啶稱過重的黃金,懷疑盜取了部分黃金,摻進了等量白銀,就委託他的宮廷科學家阿基米德(Archimedes)鑒定皇冠。前提是不允許破壞皇冠。這似乎是件不可能的事情。研究了很多天後,他準備放棄這項任務了。一天早上去公共浴室洗澡,當他跨入澡缸時,阿基米德發現水朝外溢出。在溫暖的澡堂,他的思維想像力突然打開了,忘了自己是裸體的,跳出浴缸,直奔家中,喊道,我想到了。

阿基米德因此找到了解決國王問題的方法,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和等重的白銀放進水裡,結果發現皇冠排出的水量比金子的大,白銀排出的水量比金子大,這表明皇冠是摻了一部分白銀的。

這一方面解決了國王的問題,最重要的是,阿基米德發現了大自然的奧秘,構成世界的各種物質的所謂比重,也就是密度。從密度入手,他又發現了浮力定律:阿基米德原理:浸在液體里的物體受到向上的浮力,浮力大小等於物體排開液體所受重力。也即物理研究所的一張恐龍漂流圖(網傳有的是青蛙漂流圖)。

看到這個圖時,讓我想到了小時候課文里學的曹沖稱象,通過稱石頭的重量等於大象的重量,不也就是這個原理么?曹沖是曹操之子,東漢末年(196-208年),從小聰明,但年僅13歲就病逝。據記載少年時就敏於觀察,十分聰慧,《三國志》:」少聰察岐嶷,生五六歲,智意所及,有若成人之智。

然查閱文獻,有人認為曹操地域似乎並無大象,孫權在建安十五年即公元210年才開始獲得亞洲象。所以,此曹沖稱象之事不真,而置船刻水的稱量方法可能早已有之。從商貿的角度講,這個也算是貿易的等價交換的一種吧,受客觀條件的影響,採用不同的物品交換而已。但據歷史學家按照舊史記載,安徽,湖南,江蘇等地出現過野象闖入的情況。現代自然科學研究說明,亞洲象確實在公元前200奶奶至580年在秦嶺淮河一帶活動,580年到1050奶奶在杭州灣,錢塘江一帶活動,《符子》中就記載了燕昭王命令水官用類似的方法稱重大豬。

我個人在小學畢業多年後,曹沖稱象背後的原理一直在腦海縈繞,後來自己想,如果把石頭換成士兵,士兵可以自己行走到船上,自己下來,一隻大象的重量大約5噸重,在古代也就100個成人體重吧,這樣豈不是更快,更好。當然,曹沖稱象正也是利用了浮力定律稱出大象的重量,將自然規律應用於實踐解決實際問題的精神,不管他是借鑒也好,獨創也罷,這種善於觀察事物的精神值得我們學習,背後的原理也值得我們去思考。

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